CN114866039B - 一种低功耗发射多功能芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗发射多功能芯片，属于集成电路技术领域，包括低功耗本振网络、开关调制网络和自偏放大网络。本发明利用共源共栅振荡结构产生高质量本振信号，并且基于等效四分之一波长线的射频开关作为信号调制模块，可以降低插损，提高调制效率和速率，同时利用共源共栅放大结构可以提升调制信号的功率等级，从而使得整个多功能芯片具有高输出功率、高转换增益、高集成度和低功耗的特性。

Description

一种低功耗发射多功能芯片
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种低功耗发射多功能芯片。
背景技术
由于全世界每年传输的数据量都在增加，多千兆无线通信系统正引起越来越多的关注,其中，市场尤其需要移动系统和高速无线数据链路来满足分散的数据传输系统。于此同时，射频收发系统设计必须满足低功耗的要求，这极大地影响了发射器和接收器电路的设计。
现有的发射多功能芯片往往采用具有高能耗功率放大器的发射器和具有损耗的常用混频器，这些电路往往具有一些高功耗的弊端。因此，市场需要一种低功耗发射多功能芯片架构，适用于低功耗、高数据速率和高射频输出功率。
目前，典型的发射多功能芯片为了同时处理高数据速率和低功耗，可实现高达 10Gbitls并消耗至少约 20 mW。尽管使用二进制幅移键控 (BASK)实现了最佳能量比特效率，但这些设计同时使用了更复杂的调制方案，设计难度较大。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种低功耗发射多功能芯片。
本发明的技术方案是：一种低功耗发射多功能芯片包括低功耗本振网络、开关调制网络和自偏放大网络；
开关调制网络的第一输入端作为低功耗发射多功能芯片的输入端，低功耗本振网络的输出端与开关调制网络的第二输入端连接；
自偏放大网络的输出端作为低功耗发射多功能芯片的输出端，其输入端与开关调制网络的输出端连接。
本发明的有益效果是：本发明适用于 BASK 调制方案的无线数据发送器电路。发射器使用低功耗本振网络的低功耗压控振荡器生成载波频率，并使用开关调制网络的高速单刀双掷开关进行幅度调制。本发明利用共源共栅振荡结构产生高质量本振信号，并且基于等效四分之一波长线的射频开关作为信号调制模块，可以降低插损，提高调制效率和速率，同时利用共源共栅放大结构可以提升调制信号的功率等级，从而使得整个多功能芯片具有高输出功率、高转换增益、高集成度和低功耗的特性。
进一步地，低功耗本振网络包括电阻R1、电阻R2、电容C1、接地电容C2、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、晶体管M1、晶体管M2和晶体管M3；
电阻R1的一端和本振调试电压Vtu连接，其另一端和晶体管M1的栅极连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏极和电感L1的一端连接；电感L1的另一端和电容C1的一端连接；电容C1的另一端和电感L2的一端连接；电感L2的另一端分别与电感L3的一端和电感L4的一端连接；电感L3的另一端分别与接地电容C2和电阻R2的一端连接；电阻R2的另一端和栅极供电电压Vg1连接；晶体管M2的栅极和电感L5的一端连接；电感L5的另一端和本振激励电压Vsw连接；晶体管M2的源极接地；晶体管M2的漏极和电感L6的一端连接；晶体管M3的栅极和电感L4的另一端连接；晶体管M3的源极和电感L6的另一端连接；晶体管M3的漏极作为低功耗本振网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，低功耗本振网络利用共源共栅振荡结构产生高质量本振信号，并且具有很低功耗。
进一步地，开关调制网络包括接地电阻R3、接地电容C3、电容C4、接地电容C5、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、电感L11、电感L12、电感L13、接地电感L14、晶体管M4和晶体管M5；
晶体管M4的栅极作为开关调制网络的第一输入端，并分别与待调制信号电压Vdata和电感L10的一端连接；电感L7的一端作为开关调制网络的第二输入端，其另一端分别与电感L8的一端和电感L9的一端连接；电感L8的另一端和电容C4的一端连接；电感L9的另一端分别与接地电容C5和漏极供电电压Vd1连接；电容C4的另一端分别与电感L11的一端和电感L12的一端连接；电感L10的另一端和晶体管M5的栅极连接；晶体管M4的源极和接地电阻R3连接；晶体管M4的漏极和电感L11的另一端连接；晶体管M5的源极接地；晶体管M5的漏极作为开关调制网络的输出端，并分别与接地电感L14和电感L13的一端连接；电感L13的另一端分别与接地电容C3和电感L12的另一端连接。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，开关调制网络利用高速开关切换从而实现信号的调制，具有低插损和低功耗特性。
进一步地，自偏放大网络包括电阻R4、电阻R5、接地电容C6、电容C7、接地电容C8、接地电容C9、接地电容C10、接地电容C11、电感L15、电感L16、电感L17、电感L18、晶体管M6和晶体管M7；
电容C7的一端作为自偏放大网络的输入端，其另一端分别与接地电容C9、电感L15的一端和电感L16的一端连接；电感L15的另一端分别与接地电容C8和栅极供电电压Vg2连接；晶体管M6的栅极分别与电阻R4的一端和电感L16的另一端连接；晶体管M6的源极接地；晶体管M6的漏极和晶体管M7的源极连接；晶体管M7的栅极分别与电阻R4的另一端、电阻R5的一端和接地电容C6连接；晶体管M7的漏极分别与电感L17的一端和电感L18的一端连接；电感L17的另一端分别与电阻R5的另一端、接地电容C11和漏极供电电压Vd2连接；电感L18的另一端作为自偏放大网络的输出端，并与接地电容C10连接。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，自偏放大网络利用共源共栅放大结构可以提升放大器的稳定性、隔离度和增益，可以显著降低功耗，利用自偏置共栅结构可以简化供电网络。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种低功耗发射多功能芯片原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的一种低功耗发射多功能芯片电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种低功耗发射多功能芯片，包括低功耗本振网络、开关调制网络和自偏放大网络；
开关调制网络的第一输入端作为低功耗发射多功能芯片的输入端，低功耗本振网络的输出端与开关调制网络的第二输入端连接；
自偏放大网络的输出端作为低功耗发射多功能芯片的输出端，其输入端与开关调制网络的输出端连接。
在本发明实施例中，如图2所示，低功耗本振网络包括电阻R1、电阻R2、电容C1、接地电容C2、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、晶体管M1、晶体管M2和晶体管M3；
电阻R1的一端和本振调试电压Vtu连接，其另一端和晶体管M1的栅极连接；晶体管M1的源极接地；晶体管M1的漏极和电感L1的一端连接；电感L1的另一端和电容C1的一端连接；电容C1的另一端和电感L2的一端连接；电感L2的另一端分别与电感L3的一端和电感L4的一端连接；电感L3的另一端分别与接地电容C2和电阻R2的一端连接；电阻R2的另一端和栅极供电电压Vg1连接；晶体管M2的栅极和电感L5的一端连接；电感L5的另一端和本振激励电压Vsw连接；晶体管M2的源极接地；晶体管M2的漏极和电感L6的一端连接；晶体管M3的栅极和电感L4的另一端连接；晶体管M3的源极和电感L6的另一端连接；晶体管M3的漏极作为低功耗本振网络的输出端。
在本发明实施例中，如图2所示，开关调制网络包括接地电阻R3、接地电容C3、电容C4、接地电容C5、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、电感L11、电感L12、电感L13、接地电感L14、晶体管M4和晶体管M5；
晶体管M4的栅极作为开关调制网络的第一输入端，并分别与待调制信号电压Vdata和电感L10的一端连接；电感L7的一端作为开关调制网络的第二输入端，其另一端分别与电感L8的一端和电感L9的一端连接；电感L8的另一端和电容C4的一端连接；电感L9的另一端分别与接地电容C5和漏极供电电压Vd1连接；电容C4的另一端分别与电感L11的一端和电感L12的一端连接；电感L10的另一端和晶体管M5的栅极连接；晶体管M4的源极和接地电阻R3连接；晶体管M4的漏极和电感L11的另一端连接；晶体管M5的源极接地；晶体管M5的漏极作为开关调制网络的输出端，并分别与接地电感L14和电感L13的一端连接；电感L13的另一端分别与接地电容C3和电感L12的另一端连接。
在本发明实施例中，如图2所示，自偏放大网络包括电阻R4、电阻R5、接地电容C6、电容C7、接地电容C8、接地电容C9、接地电容C10、接地电容C11、电感L15、电感L16、电感L17、电感L18、晶体管M6和晶体管M7；
电容C7的一端作为自偏放大网络的输入端，其另一端分别与接地电容C9、电感L15的一端和电感L16的一端连接；电感L15的另一端分别与接地电容C8和栅极供电电压Vg2连接；晶体管M6的栅极分别与电阻R4的一端和电感L16的另一端连接；晶体管M6的源极接地；晶体管M6的漏极和晶体管M7的源极连接；晶体管M7的栅极分别与电阻R4的另一端、电阻R5的一端和接地电容C6连接；晶体管M7的漏极分别与电感L17的一端和电感L18的一端连接；电感L17的另一端分别与电阻R5的另一端、接地电容C11和漏极供电电压Vd2连接；电感L18的另一端作为自偏放大网络的输出端，并与接地电容C10连接。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：低功耗本振网络生成低功耗压控振荡器生成载波频率进入开关调制网络的高速单刀双掷开关，同时将待调制信号电压Vdata进行调制，调制后的信号进入自偏放大网络实现功率放大，最终进入低功耗发射多功能芯片的输出端。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种低功耗发射多功能芯片，其特征在于，包括低功耗本振网络、开关调制网络和自偏放大网络；
所述开关调制网络的第一输入端作为低功耗发射多功能芯片的输入端，所述低功耗本振网络的输出端与开关调制网络的第二输入端连接；
所述自偏放大网络的输出端作为低功耗发射多功能芯片的输出端，其输入端与开关调制网络的输出端连接；
所述低功耗本振网络包括电阻R1、电阻R2、电容C1、接地电容C2、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、晶体管M1、晶体管M2和晶体管M3；
所述电阻R1的一端和本振调试电压Vtu连接，其另一端和晶体管M1的栅极连接；所述晶体管M1的源极接地；所述晶体管M1的漏极和电感L1的一端连接；所述电感L1的另一端和电容C1的一端连接；所述电容C1的另一端和电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端分别与电感L3的一端和电感L4的一端连接；所述电感L3的另一端分别与接地电容C2和电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端和栅极供电电压Vg1连接；所述晶体管M2的栅极和电感L5的一端连接；所述电感L5的另一端和本振激励电压Vsw连接；所述晶体管M2的源极接地；所述晶体管M2的漏极和电感L6的一端连接；所述晶体管M3的栅极和电感L4的另一端连接；所述晶体管M3的源极和电感L6的另一端连接；所述晶体管M3的漏极作为低功耗本振网络的输出端；
所述开关调制网络包括接地电阻R3、接地电容C3、电容C4、接地电容C5、电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、电感L11、电感L12、电感L13、接地电感L14、晶体管M4和晶体管M5；
所述晶体管M4的栅极作为开关调制网络的第一输入端，并分别与待调制信号电压Vdata和电感L10的一端连接；所述电感L7的一端作为开关调制网络的第二输入端，其另一端分别与电感L8的一端和电感L9的一端连接；所述电感L8的另一端和电容C4的一端连接；所述电感L9的另一端分别与接地电容C5和漏极供电电压Vd1连接；所述电容C4的另一端分别与电感L11的一端和电感L12的一端连接；所述电感L10的另一端和晶体管M5的栅极连接；所述晶体管M4的源极和接地电阻R3连接；所述晶体管M4的漏极和电感L11的另一端连接；所述晶体管M5的源极接地；所述晶体管M5的漏极作为开关调制网络的输出端，并分别与接地电感L14和电感L13的一端连接；所述电感L13的另一端分别与接地电容C3和电感L12的另一端连接；
所述自偏放大网络包括电阻R4、电阻R5、接地电容C6、电容C7、接地电容C8、接地电容C9、接地电容C10、接地电容C11、电感L15、电感L16、电感L17、电感L18、晶体管M6和晶体管M7；
所述电容C7的一端作为自偏放大网络的输入端，其另一端分别与接地电容C9、电感L15的一端和电感L16的一端连接；所述电感L15的另一端分别与接地电容C8和栅极供电电压Vg2连接；所述晶体管M6的栅极分别与电阻R4的一端和电感L16的另一端连接；所述晶体管M6的源极接地；所述晶体管M6的漏极和晶体管M7的源极连接；所述晶体管M7的栅极分别与电阻R4的另一端、电阻R5的一端和接地电容C6连接；所述晶体管M7的漏极分别与电感L17的一端和电感L18的一端连接；所述电感L17的另一端分别与电阻R5的另一端、接地电容C11和漏极供电电压Vd2连接；所述电感L18的另一端作为自偏放大网络的输出端，并与接地电容C10连接。
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