CN117767975A - 一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，由IQ两路组成，包括混频器、滤波电容、反馈电阻、反馈电容、交叉耦合电阻和低噪放/运放复用放大器，其中混频器用于下混频低噪放放大的射频信号；滤波电容用于滤除来自混频器的高频谐波信号；反馈电阻和反馈电容用于电流‑电压转换以及进一步滤波；交叉耦合电阻用于构建复数滤波；低噪放/运放复用放大器用于放大射频信号以及和反馈电容和反馈电阻构成低通滤波器。本发明结构简单、紧凑，却能在较低的功耗下实现良好的性能。
Description
技术领域
本发明涉及模拟集成电路及微电子技术，特别涉及一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端。
背景技术
随着通信技术的发展和物联网设备的大规模应用，蓝牙接收机的需求和指标都在进一步扩大。对于一款低功耗蓝牙接收机，其前端功耗占比一般在60％以上。而在低功耗蓝牙接收机(电流模)前端中，一般主要包括低噪声放大器，混频器，跨阻放大器(TIA)，在低功耗背景下，要求整个前端的功耗不超过1mW,而作为接收机第一级的低噪声放大器，通常需要分配较多的功耗来保证整个接收前端的噪声；而混频器的正常工作也需要花费一部分功耗在本振时钟信号的驱动上，更不用说后级的TIA还需要一定的功耗。因此，在低功耗蓝牙接收机前端中，对每个模块的指标和功耗进行分配是需要进行折中的，为了降低功耗，往往会选择牺牲接收机一部分的性能。综上所述，在低功耗蓝牙接收机中，优化射频前端结构，使其功耗降低而性能不变是有挑战性的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端。
实现本发明目的的解决方案为：一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，由IQ两路射频及中频电路组成，I路包括I路混频器、I路滤波电容、I路反馈电阻、I路反馈电容、I路交叉耦合电阻和I路低噪放/运放复用放大器，Q路包括Q路混频器、Q路滤波电容、Q路反馈电阻、Q路反馈电容、Q路交叉耦合电阻和Q路低噪放/运放复用放大器；
对于I路射频：射频输入信号RFIN与I路低噪放/运放复用放大器的射频输入端相连，I路低噪放/运放复用放大器的射频输出端与I路混频器和Q路混频器的输入端相连；I路混频器的差分输出端的两个输出IINP、IINN与I路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端相连；
对于Q路射频：射频输入信号RFIN与Q路低噪放/运放复用放大器的射频输入端相连，Q路低噪放/运放复用放大器的射频输出端与I路混频器和Q路混频器的输入端相连；Q路混频器的差分输出端的两个输出QINP、QINN与Q路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端相连；
对于I路中频：滤波电容由ICP1和ICP2组成，其上极板分别接I路中频差分输入信号IINP和IINN，其下极板同时接地；反馈电阻和反馈电容由IRF1、IRF2、ICF1和ICF2组成，其中IRF1和ICF1一端接I路正中频输入信号IINP，另一端接I路负中频输出信号IOUTN，IRF2和ICF2一端接I路负中频输入信号IINN，另一端接I路正中频输出信号IOUTP；交叉耦合电阻由IRCC1和IRCC2组成，其中IRCC1一端接I路正中频输入信号IINP，另一端接Q路正中频输出信号QOUTP，IRCC2一端接I路负中频输入信号IINN，另一端接Q路负中频输出信号QOUTN；I路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端与I路混频器的差分输出信号IINP、IINN相连，中频输出端接I路中频差分输出信号IOUTP、IOUTN；
对于Q路中频：滤波电容由QCP1和QCP2组成，其上极板分别接Q路中频差分输入信号QINP和QINN，其下极板同时接地；反馈电阻和反馈电容由QRF1、QRF2、QCF1和QCF2组成，其中QRF1和QCF1一端接Q路正中频输入信号QINP，另一端接Q路负中频输出信号QOUTN，QRF2和QCF2一端接Q路负中频输入信号QINN，另一端接Q路正中频输出信号QOUTP；交叉耦合电阻由QRCC1和QRCC2组成，其中QRCC1一端接Q路正中频输入信号QINP，另一端接I路正中频输出信号IOUTP，QRCC2一端接Q路负中频输入信号QINN，另一端接I路负中频输出信号IOUTN；Q路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端与Q路混频器的输出信号QINP、QINN相连，中频输出端接Q路中频差分输出信号QOUTP、QOUTN。
进一步的，I路混频器由NMOS管MX1和NMOS管MX2构成，NMOS管MX1的源极和NMOS管MX2的源极共同与射频输出信号相连，NMOS管MX1的栅极与外部输入的本振信号LOIP相连，NMOS管MX2的栅极与外部输入的本振信号LOIN相连，经过混频后产生I路中频差分输入信号IINP、IINN。
进一步的，Q路混频器由NMOS管MX3和NMOS管MX4构成，NMOS管MX3的源极和NMOS管MX3的源极共同与射频输出信号相连，NMOS管MX3的栅极与外部输入的本振信号LOQP相连，NMOS管MX4的栅极与外部输入的本振信号LOQN相连，经过混频后产生Q路中频差分输入信号QINP、QINN。
进一步的，I路低噪放/运放复用放大器由PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MB1、NMOS管MB2、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C5、电容C6、变压器初级线圈LP1、变压器次级线圈LP2组成，其中NMOS管MN1、MN2的源极、变压器初级线圈LP1的异名端、电容C6的一端与射频输入端RFIN相连，PMOS管MP1、MP2的源极、PMOS管MP7的漏极与电容C6的另一端相连，变压器次级线圈LP2的同名端与电容C5的一端相连，NMOS管MN1、MN2的栅极、电容C5的另一端与电阻R1、R2的一端相连，NMOS管MN1的漏极、PMOS管MP3的栅极、PMOS管MP1的漏极、电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，NMOS管MN2的漏极、PMOS管MP4的栅极、PMOS管MP2的漏极、电阻R2的另一端与电容C2的一端相连，PMOS管MP1的栅极、NMOS管MN4的栅极与I路中频输入端IINP相连，PMOS管MP2的栅极、NMOS管MN3的栅极与I路中频输入端IINN相连，电容C1的另一端、电容C2的另一端与射频输出端RF_OUT相连，PMOS管MP3的漏极、NMOS管MN3的漏极与I路中频输出端IOUTP相连，PMOS管MP4的漏极、NMOS管MN4的漏极与I路中频输出端IOUTN相连，PMOS管MP3的源极与PMOS管MP5的漏极相连，PMOS管MP4的源极与PMOS管MP6的漏极相连，PMOS管MP5、MP6、MP7的栅极与VBP相连，PMOS管MP5、MP6、MP7的源极与VDD相连，NMOS管MN3、MN4的源极、变压器初级线圈LP1的同名端、变压器次级线圈LP2的异名端与GND相连。
进一步的，Q路低噪放/运放复用放大器由PMOS管MP8、PMOS管MP9、PMOS管MP10、PMOS管MP11、PMOS管MP12、PMOS管MP13、PMOS管MP14、NMOS管MN5、NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、NMOS管MB3、NMOS管MB4、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、、电容C7、电容C8、变压器初级线圈LP1、变压器次级线圈LP2组成，其中NMOS管MN5、MN6的源极、变压器初级线圈LP1的异名端、电容C8的一端与射频输入端RFIN相连，PMOS管MP8、MP9的源极、PMOS管MP14的漏极与电容C8的另一端相连，变压器次级线圈LP2的同名端与电容C7的一端相连，NMOS管MN5、MN6的栅极、电容C7的另一端与电阻R3、R4的一端相连，NMOS管MN5的漏极、PMOS管MP10的栅极、PMOS管MP8的漏极、电阻R3的另一端与电容C3的一端相连，NMOS管MN6的漏极、PMOS管MP11的栅极、PMOS管MP9的漏极、电阻R4的另一端与电容C4的一端相连，PMOS管MP8的栅极、NMOS管MN8的栅极与I路中频输入端IINP相连，PMOS管MP9的栅极、NMOS管MN7的栅极与I路中频输入端IINN相连，电容C3的另一端、电容C4的另一端与射频输出端RF_OUT相连，PMOS管MP10的漏极、NMOS管MN7的漏极与I路中频输出端IOUTP相连，PMOS管MP11的漏极、NMOS管MN8的漏极与I路中频输出端IOUTN相连，PMOS管MP10的源极与PMOS管MP12的漏极相连，PMOS管MP11的源极与PMOS管MP13的漏极相连，PMOS管MP12、MP13、MP14的栅极与VBP相连，PMOS管MP12、MP13、MP14的源极与VDD相连，NMOS管MN7、MN8的源极、变压器初级线圈LP1的同名端、变压器次级线圈LP2的异名端与GND相连。
进一步的，I路低噪放/运放复用放大器和Q路低噪放/运放复用放大器均同时放大射频信号和中频信号，由I路低噪放/运放复用放大器所构成的低噪声放大器跨导增益为AI＝(1+T)(gmN1+gmN2)+gmP1+gmP2，由Q路低噪放/运放复用放大器所构成的低噪声放大器跨导增益为AI＝(1+T)(gmN5+gmN6)+gmP8+gmP9，其中，gmN1、gmN2、gmN5、gmN6为NMOS管MN1、MN2、MN5、MN6的跨导，gmP1、gmP2、gmP8、gmP9为PMOS管MP1、MP2、MP8、MP9的跨导。T为变压器初级线圈LP1和次级线圈LP2的线圈匝数比；由I路低噪放/运放复用放大器和Q路低噪放/运放复用放大器所共同构成的中频跨阻放大器中心频率为中频带宽为/>其中IRCC1为I路交叉耦合电阻，ICF1为I路反馈电容，IRF1为I路反馈电阻。
进一步的，Q路低噪放/运放复用放大器中NMOS管MN1、MN2、PMOS管MP1、MP2的尺寸分别与I路低噪放/运放复用放大器中NMOS管MN5、MN6、PMOS管MP8、MP9的尺寸一样；Q路低噪放/运放复用放大器与I路低噪放/运放复用放大器中的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均一样；Q路低噪放/运放复用放大器中与I路低噪放/运放复用放大器中的电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8的容值均一样。
进一步的，I路低噪放/运放复用放大器中，PMOS管MP5、MP6、MP7的尺寸比例为1:1:2.5；PMOS管MP1、MP2的尺寸比例为1:1；NMOS管MN1、MN2的尺寸比例为1:1。Q路低噪放/运放复用放大器中，PMOS管MP12、MP13、MP14的尺寸比例为1:1:2.5；PMOS管MP8、MP9的尺寸比例为1:1；NMOS管MN5、MN6的尺寸比例为1:1。
工作过程如下：
射频输入信号首先均分成两路分别进入I路和Q路，进入I路的射频输入信号通过I路低噪放/运放复用放大器的射频输入端进行射频放大并将输入电压转换成输出电流，进入Q路的射频输入信号通过Q路低噪放/运放复用放大器的射频输入端进行射频放大并将输入电压转换成输出电流，之后I路射频输出电流与Q路射频输出电流汇合后再进入I路混频器和Q路混频器的共同输入端，进入I路混频器的射频电流与外部输入本振信号LOIP、LOIN进行下混频，之后I路混频器输出中频信号IINP、IINN到I路低噪放/运放复用放大器的中频输入端，然后流经有电阻和电容的反馈网络进一步滤波以及电流-电压转换，进入Q路混频器的射频电流与外部输入本振信号LOQP、LOQN进行下混频，之后Q路混频器输出中频信号到Q路低噪放/运放复用放大器的中频输入端，然后流经有电阻和电容的反馈网络进一步滤波以及电流-电压转换；IQ两路之间通过交叉耦合电阻来构建复数滤波，用于抑制镜像信号。低噪放/运放复用放大器同时用于射频放大以及和反馈电容和反馈电阻构成有源低通滤波器。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)所使用的低噪放/运放复用放大器将低噪放与运放结合在一起，消耗相同功耗分别实现两种功能，大大降低射频前端的功耗(2)所使用的低噪放/运放复用放大器采用自偏置技术，无需额外偏置电路以及共模反馈电路，进一步降低了功耗。(3)所使用的低噪放/运放复用放大器共同消耗一路电流，增大功耗可以同时提升低噪放和运放的性能，保证了射频前端的工作指标。
附图说明
图1是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的结构示意图；
图2是本发明I路低噪放/运放复用放大器的结构图；
图3是本发明Q路低噪放/运放复用放大器的结构图；
图4是本发明I路混频器的结构图；
图5是本发明Q路混频器的结构图；
图6是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的S11仿真结果图；
图7是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的转换增益仿真结果图；
图8是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的双边带噪声系数仿真结果。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的结构示意图，由IQ两路射频及中频电路组成，I路包括I路混频器、I路滤波电容、I路反馈电阻、I路反馈电容、I路交叉耦合电阻和I路低噪放/运放复用放大器，Q路包括Q路混频器、Q路滤波电容、Q路反馈电阻、Q路反馈电容、Q路交叉耦合电阻和Q路低噪放/运放复用放大器；
对于I路射频：射频输入信号RFIN与I路低噪放/运放复用放大器的射频输入端相连，I路低噪放/运放复用放大器的射频输出端与I路混频器和Q路混频器的输入端相连；I路混频器的差分输出端的两个输出IINP、IINN与I路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端相连；
对于Q路射频：射频输入信号RFIN与Q路低噪放/运放复用放大器的射频输入端相连，Q路低噪放/运放复用放大器的射频输出端与I路混频器和Q路混频器的输入端相连；Q路混频器的差分输出端的两个输出QINP、QINN与Q路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端相连；
对于I路中频：滤波电容由ICP1和ICP2组成，其上极板分别接I路中频差分输入信号IINP和IINN，其下极板同时接地；反馈电阻和反馈电容由IRF1、IRF2、ICF1和ICF2组成，其中IRF1和ICF1一端接I路正中频输入信号IINP，另一端接I路负中频输出信号IOUTN，IRF2和ICF2一端接I路负中频输入信号IINN，另一端接I路正中频输出信号IOUTP；交叉耦合电阻由IRCC1和IRCC2组成，其中IRCC1一端接I路正中频输入信号IINP，另一端接Q路正中频输出信号QOUTP，IRCC2一端接I路负中频输入信号IINN，另一端接Q路负中频输出信号QOUTN；I路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端与I路混频器的差分输出信号IINP、IINN相连，中频输出端接I路中频差分输出信号IOUTP、IOUTN；
对于Q路中频：滤波电容由QCP1和QCP2组成，其上极板分别接Q路中频差分输入信号QINP和QINN，其下极板同时接地；反馈电阻和反馈电容由QRF1、QRF2、QCF1和QCF2组成，其中QRF1和QCF1一端接Q路正中频输入信号QINP，另一端接Q路负中频输出信号QOUTN，QRF2和QCF2一端接Q路负中频输入信号QINN，另一端接Q路正中频输出信号QOUTP；交叉耦合电阻由QRCC1和QRCC2组成，其中QRCC1一端接Q路正中频输入信号QINP，另一端接I路正中频输出信号IOUTP，QRCC2一端接Q路负中频输入信号QINN，另一端接I路负中频输出信号IOUTN；Q路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端与Q路混频器的输出信号QINP、QINN相连，中频输出端接Q路中频差分输出信号QOUTP、QOUTN。
图2是本发明I路低噪放/运放复用放大器的结构图，其中包括PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MB1、NMOS管MB2、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C5、电容C6、变压器初级线圈LP1、变压器次级线圈LP2，其中NMOS管MN1、MN2的源极、变压器初级线圈LP1的异名端、电容C6的一端与射频输入端RFIN相连，PMOS管MP1、MP2的源极、PMOS管MP7的漏极与电容C6的另一端相连，变压器次级线圈LP2的同名端与电容C5的一端相连，NMOS管MN1、MN2的栅极、电容C5的另一端与电阻R1、R2的一端相连，NMOS管MN1的漏极、PMOS管MP3的栅极、PMOS管MP1的漏极、电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，NMOS管MN2的漏极、PMOS管MP4的栅极、PMOS管MP2的漏极、电阻R2的另一端与电容C2的一端相连，PMOS管MP1的栅极、NMOS管MN4的栅极与I路中频输入端IINP相连，PMOS管MP2的栅极、NMOS管MN3的栅极与I路中频输入端IINN相连，电容C1的另一端、电容C2的另一端与射频输出端RF_OUT相连，PMOS管MP3的漏极、NMOS管MN3的漏极与I路中频输出端IOUTP相连，PMOS管MP4的漏极、NMOS管MN4的漏极与I路中频输出端IOUTN相连，PMOS管MP3的源极与PMOS管MP5的漏极相连，PMOS管MP4的源极与PMOS管MP6的漏极相连，PMOS管MP5、MP6、MP7的栅极与VBP相连，PMOS管MP5、MP6、MP7的源极与VDD相连，NMOS管MN3、MN4的源极、变压器初级线圈LP1的同名端、变压器次级线圈LP2的异名端与GND相连。
图3是本发明Q路低噪放/运放复用放大器的结构图，其中包括PMOS管MP8、PMOS管MP9、PMOS管MP10、PMOS管MP11、PMOS管MP12、PMOS管MP13、PMOS管MP14、NMOS管MN5、NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、NMOS管MB3、NMOS管MB4、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、、电容C7、电容C8、变压器初级线圈LP1、变压器次级线圈LP2，其中NMOS管MN5、MN6的源极、变压器初级线圈LP1的异名端、电容C8的一端与射频输入端RFIN相连，PMOS管MP8、MP9的源极、PMOS管MP14的漏极与电容C8的另一端相连，变压器次级线圈LP2的同名端与电容C7的一端相连，NMOS管MN5、MN6的栅极、电容C7的另一端与电阻R3、R4的一端相连，NMOS管MN5的漏极、PMOS管MP10的栅极、PMOS管MP8的漏极、电阻R3的另一端与电容C3的一端相连，NMOS管MN6的漏极、PMOS管MP11的栅极、PMOS管MP9的漏极、电阻R4的另一端与电容C4的一端相连，PMOS管MP8的栅极、NMOS管MN8的栅极与I路中频输入端IINP相连，PMOS管MP9的栅极、NMOS管MN7的栅极与I路中频输入端IINN相连，电容C3的另一端、电容C4的另一端与射频输出端RF_OUT相连，PMOS管MP10的漏极、NMOS管MN7的漏极与I路中频输出端IOUTP相连，PMOS管MP11的漏极、NMOS管MN8的漏极与I路中频输出端IOUTN相连，PMOS管MP10的源极与PMOS管MP12的漏极相连，PMOS管MP11的源极与PMOS管MP13的漏极相连，PMOS管MP12、MP13、MP14的栅极与VBP相连，PMOS管MP12、MP13、MP14的源极与VDD相连，NMOS管MN7、MN8的源极、变压器初级线圈LP1的同名端、变压器次级线圈LP2的异名端与GND相连。
图4是本发明I路混频器的结构图，其中包括NMOS管MX1和NMOS管MX2，NMOS管MX1的源极和NMOS管MX2的源极共同与射频输出信号相连，NMOS管MX1的栅极与外部输入的本振信号LOIP相连，NMOS管MX2的栅极与外部输入的本振信号LOIN相连，经过混频后产生I路中频差分输入信号IINP、IINN。
图5是本发明Q路混频器的结构图，其中包括NMOS管MX3和NMOS管MX4，NMOS管MX3的源极和NMOS管MX3的源极共同与射频输出信号相连，NMOS管MX3的栅极与外部输入的本振信号LOQP相连，NMOS管MX4的栅极与外部输入的本振信号LOQN相连，经过混频后产生Q路中频差分输入信号QINP、QINN。
整体电路工作原理：
I路低噪放/运放复用放大器和Q路低噪放/运放复用放大器均同时放大射频信号和中频信号，由I路低噪放/运放复用放大器所构成的低噪声放大器跨导增益为AI＝(1+T)(gmN1+gmN2)+gmP1+gmP2，由Q路低噪放/运放复用放大器所构成的低噪声放大器跨导增益为AI＝(1+T)(gmN5+gmN6)+gmP8+gmP9，其中，gmN1、gmN2、gmN5、gmN6为NMOS管MN1、MN2、MN5、MN6的跨导，gmP1、gmP2、gmP8、gmP9为PMOS管MP1、MP2、MP8、MP9的跨导。T为变压器初级线圈LP1和次级线圈LP2的线圈匝数比；由I路低噪放/运放复用放大器和Q路低噪放/运放复用放大器所共同构成的中频跨阻放大器中心频率为中频带宽为/>其中IRCC1为I路交叉耦合电阻，ICF1为I路反馈电容，IRF1为I路反馈电阻。
I路低噪放/运放复用放大器和Q路低噪放/运放复用放大器均通过变压器初级线圈LP1和次级线圈LP2实现等效跨导增强，其中I路低噪放/运放复用放大器通过电流复用技术，将射频放大管MN1和中频放大管MP1复用同一路电流，将射频放大管MN2和中频放大管MP2复用同一路电流，分别通过隔直电容C1、C2输出放大后的射频信号，通过二级放大管MP3、MP4二次放大中频信号并输出以区分I路的射频信号和中频信号；Q路低噪放/运放复用放大器通过电流复用技术，将射频放大管MN5和中频放大管MP8复用同一路电流，将射频放大管MN6和中频放大管MP9复用同一路电流，分别通过隔直电容C3、C4输出放大后的射频信号，通过二级放大管MP10、MP11二次放大中频信号并输出以区分Q路的射频信号和中频信号。如此，增大复用电流相当于同时增大低噪放和运放的工作电流，即同时提升二者的性能。
图6是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的S11仿真结果。本发明在不需要单独匹配电路的情况下在工作频率2.4GHz实现了小于-20dB的S11，电路匹配状况良好。
图7是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的转换增益仿真结果。本发明提出的射频前端电路在总功耗仅为492uW的情况下在工作频段2MHz附近实现了50dB的转换增益。
图8是本发明应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端的双边带噪声系数仿真结果。本发明提出的射频前端电路在高增益、超低功耗的前提下，在工作频段2MHz附近实现了不高于传统射频前端的5.4dB的双边带噪声系数
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，由IQ两路射频及中频电路组成，I路包括I路混频器、I路滤波电容、I路反馈电阻、I路反馈电容、I路交叉耦合电阻和I路低噪放/运放复用放大器，Q路包括Q路混频器、Q路滤波电容、Q路反馈电阻、Q路反馈电容、Q路交叉耦合电阻和Q路低噪放/运放复用放大器；
对于I路射频：射频输入信号RFIN与I路低噪放/运放复用放大器的射频输入端相连，I路低噪放/运放复用放大器的射频输出端与I路混频器和Q路混频器的输入端相连；I路混频器的差分输出端的两个输出IINP、IINN与I路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端相连；
对于Q路射频：射频输入信号RFIN与Q路低噪放/运放复用放大器的射频输入端相连，Q路低噪放/运放复用放大器的射频输出端与I路混频器和Q路混频器的输入端相连；Q路混频器的差分输出端的两个输出QINP、QINN与Q路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端相连；
对于I路中频：滤波电容由ICP1和ICP2组成，其上极板分别接I路中频差分输入信号IINP和IINN，其下极板同时接地；反馈电阻和反馈电容由IRF1、IRF2、ICF1和ICF2组成，其中IRF1和ICF1一端接I路正中频输入信号IINP，另一端接I路负中频输出信号IOUTN，IRF2和ICF2一端接I路负中频输入信号IINN，另一端接I路正中频输出信号IOUTP；交叉耦合电阻由IRCC1和IRCC2组成，其中IRCC1一端接I路正中频输入信号IINP，另一端接Q路正中频输出信号QOUTP，IRCC2一端接I路负中频输入信号IINN，另一端接Q路负中频输出信号QOUTN；I路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端与I路混频器的差分输出信号IINP、IINN相连，中频输出端接I路中频差分输出信号IOUTP、IOUTN；
对于Q路中频：滤波电容由QCP1和QCP2组成，其上极板分别接Q路中频差分输入信号QINP和QINN，其下极板同时接地；反馈电阻和反馈电容由QRF1、QRF2、QCF1和QCF2组成，其中QRF1和QCF1一端接Q路正中频输入信号QINP，另一端接Q路负中频输出信号QOUTN，QRF2和QCF2一端接Q路负中频输入信号QINN，另一端接Q路正中频输出信号QOUTP；交叉耦合电阻由QRCC1和QRCC2组成，其中QRCC1一端接Q路正中频输入信号QINP，另一端接I路正中频输出信号IOUTP，QRCC2一端接Q路负中频输入信号QINN，另一端接I路负中频输出信号IOUTN；Q路低噪放/运放复用放大器的中频差分输入端与Q路混频器的输出信号QINP、QINN相连，中频输出端接Q路中频差分输出信号QOUTP、QOUTN。
2.根据权利要求1所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，所述I路混频器由NMOS管MX1和NMOS管MX2构成，NMOS管MX1的源极和NMOS管MX2的源极共同与射频输出信号相连，NMOS管MX1的栅极与外部输入的本振信号LOIP相连，NMOS管MX2的栅极与外部输入的本振信号LOIN相连，经过混频后产生I路中频差分输入信号IINP、IINN。
3.根据权利要求1所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，所述Q路混频器由NMOS管MX3和NMOS管MX4构成，NMOS管MX3的源极和NMOS管MX3的源极共同与射频输出信号相连，NMOS管MX3的栅极与外部输入的本振信号LOQP相连，NMOS管MX4的栅极与外部输入的本振信号LOQN相连，经过混频后产生Q路中频差分输入信号QINP、QINN。
4.根据权利要求1所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，I路低噪放/运放复用放大器由PMOS管MP1、PMOS管MP2、PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7、NMOS管MN1、NMOS管MN2、NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MB1、NMOS管MB2、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C5、电容C6、变压器初级线圈LP1、变压器次级线圈LP2组成，其中NMOS管MN1、MN2的源极、变压器初级线圈LP1的异名端、电容C6的一端与射频输入端RFIN相连，PMOS管MP1、MP2的源极、PMOS管MP7的漏极与电容C6的另一端相连，变压器次级线圈LP2的同名端与电容C5的一端相连，NMOS管MN1、MN2的栅极、电容C5的另一端与电阻R1、R2的一端相连，NMOS管MN1的漏极、PMOS管MP3的栅极、PMOS管MP1的漏极、电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，NMOS管MN2的漏极、PMOS管MP4的栅极、PMOS管MP2的漏极、电阻R2的另一端与电容C2的一端相连，PMOS管MP1的栅极、NMOS管MN4的栅极与I路中频输入端IINP相连，PMOS管MP2的栅极、NMOS管MN3的栅极与I路中频输入端IINN相连，电容C1的另一端、电容C2的另一端与射频输出端RF_OUT相连，PMOS管MP3的漏极、NMOS管MN3的漏极与I路中频输出端IOUTP相连，PMOS管MP4的漏极、NMOS管MN4的漏极与I路中频输出端IOUTN相连，PMOS管MP3的源极与PMOS管MP5的漏极相连，PMOS管MP4的源极与PMOS管MP6的漏极相连，PMOS管MP5、MP6、MP7的栅极与VBP相连，PMOS管MP5、MP6、MP7的源极与VDD相连，NMOS管MN3、MN4的源极、变压器初级线圈LP1的同名端、变压器次级线圈LP2的异名端与GND相连。
5.根据权利要求1所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，Q路低噪放/运放复用放大器由PMOS管MP8、PMOS管MP9、PMOS管MP10、PMOS管MP11、PMOS管MP12、PMOS管MP13、PMOS管MP14、NMOS管MN5、NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、NMOS管MB3、NMOS管MB4、电阻R3、电阻R4、电容C3、电容C4、、电容C7、电容C8组成，其中NMOS管MN5、MN6的源极、变压器初级线圈LP1的异名端、电容C8的一端与射频输入端RFIN相连，PMOS管MP8、MP9的源极、PMOS管MP14的漏极与电容C8的另一端相连，变压器次级线圈LP2的同名端与电容C7的一端相连，NMOS管MN5、MN6的栅极、电容C7的另一端与电阻R3、R4的一端相连，NMOS管MN5的漏极、PMOS管MP10的栅极、PMOS管MP8的漏极、电阻R3的另一端与电容C3的一端相连，NMOS管MN6的漏极、PMOS管MP11的栅极、PMOS管MP9的漏极、电阻R4的另一端与电容C4的一端相连，PMOS管MP8的栅极、NMOS管MN8的栅极与I路中频输入端IINP相连，PMOS管MP9的栅极、NMOS管MN7的栅极与I路中频输入端IINN相连，电容C3的另一端、电容C4的另一端与射频输出端RF_OUT相连，PMOS管MP10的漏极、NMOS管MN7的漏极与I路中频输出端IOUTP相连，PMOS管MP11的漏极、NMOS管MN8的漏极与I路中频输出端IOUTN相连，PMOS管MP10的源极与PMOS管MP12的漏极相连，PMOS管MP11的源极与PMOS管MP13的漏极相连，PMOS管MP12、MP13、MP14的栅极与VBP相连，PMOS管MP12、MP13、MP14的源极与VDD相连，NMOS管MN7、MN8的源极、变压器初级线圈LP1的同名端、变压器次级线圈LP2的异名端与GND相连。
6.根据权利要求5所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，I路低噪放/运放复用放大器和Q路低噪放/运放复用放大器均同时放大射频信号和中频信号，由I路低噪放/运放复用放大器所构成的低噪声放大器跨导增益为AI＝(1+T)(gmN1+gmN2)+gmP1+gmP2，由Q路低噪放/运放复用放大器所构成的低噪声放大器跨导增益为AI＝(1+T)(gmN5+gmN6)+gmP8+gmP9，其中，gmN1、gmN2、gmN5、gmN6为NMOS管MN1、MN2、MN5、MN6的跨导，gmP1、gmP2、gmP8、gmP9为PMOS管MP1、MP2、MP8、MP9的跨导，T为变压器初级线圈LP1和次级线圈LP2的线圈匝数比；由I路低噪放/运放复用放大器和Q路低噪放/运放复用放大器所共同构成的中频跨阻放大器中心频率为中频带宽为/>其中IRCC1为I路交叉耦合电阻，ICF1为I路反馈电容，IRF1为I路反馈电阻。
7.根据权利要求5所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，Q路低噪放/运放复用放大器中NMOS管MN1、MN2、PMOS管MP1、MP2的尺寸分别与I路低噪放/运放复用放大器中NMOS管MN5、MN6、PMOS管MP8、MP9的尺寸一样；Q路低噪放/运放复用放大器与I路低噪放/运放复用放大器中的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均一样；Q路低噪放/运放复用放大器中与I路低噪放/运放复用放大器中的电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8的容值均一样。
8.根据权利要求5所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，I路低噪放/运放复用放大器中，PMOS管MP5、MP6、MP7的尺寸比例为1:1:2.5；PMOS管MP1、MP2的尺寸比例为1:1；NMOS管MN1、MN2的尺寸比例为1:1；Q路低噪放/运放复用放大器中，PMOS管MP12、MP13、MP14的尺寸比例为1:1:2.5；PMOS管MP8、MP9的尺寸比例为1:1；NMOS管MN5、MN6的尺寸比例为1:1。
9.根据权利要求1所述的一种应用低噪放运放跨模块纵向电流复用技术的射频前端，其特征在于，工作过程如下：
射频输入信号首先均分成两路分别进入I路和Q路，进入I路的射频输入信号通过I路低噪放/运放复用放大器的射频输入端进行射频放大并将输入电压转换成输出电流，进入Q路的射频输入信号通过Q路低噪放/运放复用放大器的射频输入端进行射频放大并将输入电压转换成输出电流，之后I路射频输出电流与Q路射频输出电流汇合后再进入I路混频器和Q路混频器的共同输入端，进入I路混频器的射频电流与外部输入本振信号LOIP、LOIN进行下混频，之后I路混频器输出中频信号IINP、IINN到I路低噪放/运放复用放大器的中频输入端，然后流经有电阻和电容的反馈网络进一步滤波以及电流-电压转换，进入Q路混频器的射频电流与外部输入本振信号LOQP、LOQN进行下混频，之后Q路混频器输出中频信号到Q路低噪放/运放复用放大器的中频输入端，然后流经有电阻和电容的反馈网络进一步滤波以及电流-电压转换；IQ两路之间通过交叉耦合电阻来构建复数滤波，用于抑制镜像信号；低噪放/运放复用放大器同时用于射频放大以及和反馈电容和反馈电阻构成有源低通滤波器。
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