CN1211938C - 具有正交低噪声放大器的前端和高频接收机 - Google Patents

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Abstract

描述一种前端及其具有的高频接收机(1)，该前端包括正交低噪声放大器(2-1，2-2)作为低噪声放大器。从而实现了本地振荡器(6-1，6-2)和正交混频器(3-1，3-2)之间的高隔离，减少了混频器输出(7，8)上的DC偏置。正交低噪声放大器可作为MOST或FET半导体的差分AB类栅地-阴地放大器装置(15)来实施。具有高线性的低畸变接收机(1)就是结果。

Description

具有正交低噪声放大器 的前端和高频接收机
技术领域
本发明涉及一种用于高频接收机的前端，该前端包括低噪声放大器。
本发明还涉及一种高频接收机，对这样一种高频接收机提供包括低噪声放大器的前端，并提供耦合到该低噪声放大器的正交混频器，并且本发明还涉及一种供高频接收机中应用的正交低噪声放大器。
本发明还涉及一种通信设备，例如无线电接收机，发送接收机或电话，诸如具有这样一种高频接收机的移动或无绳电话。
背景技术
从文章‘A 1.9-GHz Wide-Band IF Double Conversion CMOSReceiver for Cordless Telephone Applications’，By J.C.Rudellet al.I EEE Journal of Solid-State Circuits，vol.32，No.12，December 1997，pages 2071-2088中已知这样一种接收机。在文章中公开了几种可能的接收机结构，其中接收机的高射频(RF)前端相继地包括天线、RF滤波器和低噪声放大器，随后是中频(IF)和混频器级。将一个或多个本地振荡器(LO)用于将RF信号混频成也可以是接近零的IF频率或零频信号。已知的本地振荡器信号对混频器输入的泄漏、适度的LO隔离和自混频的问题导致在各个混频器输出上不希望的变化DC偏移。DC偏移又引起接收机动态范围的降低，需要附加的技术措施，这又难以集成在有限的芯片面积上，因而增加了成本以及功耗。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种RF前端和RF接收机，它们可被完全集成在一个有限的芯片面积上，降低了成本并使DC偏移减少。
具体地，本发明提供一种高频接收机，包括低噪声放大器以及耦合到所述低噪声放大器的正交混频器，其特征在于，所述高频接收机还包括耦合在所述低噪声放大器的相应输出和所述正交混频器的相应输入之间的两个正交斩波器。
本发明还提供一种通信设备，例如无线电接收机、发送接收机或电话，如移动或无绳电话，具有高频接收机，所述高频接收机包括低噪声放大器以及耦合到所述低噪声放大器的正交混频器，其特征在于，所述高频接收机还包括耦合在所述低噪声放大器的相应输出和所述正交混频器的相应输入之间的两个正交斩波器。
由此，依据本发明的前端和高频接收机的特征在于，低噪声放大器(LNA)电路是一种正交LNA电路。
依据本发明的前端和HF接收机的优点是：通过在正交混频器之前引入正交LNA电路，发明者实现了用正交LNA将混频器的输入隔离。结果，有效地防止了正交本地振荡器信号对混频器输入的泄漏，降低了在混频器输出上的DC偏移。此外，这种降低增加了依据本发明的高频接收机的动态范围。而且，已经发现，正交LNA对于某些应用甚至可以具有1左右或更低的中等放大因数，这样得到了简单的正交阻抗变换器。这样就降低了这些LNA变换器的功率消耗并减少了它们占用的IC芯片面积。
依据本发明的高频接收机的一种实施方案的特征在于，正交低噪声放大器的正交路径是以差分方式(differentially)实现的。这有利于降低二阶畸变效应。另外，对衬底跳动的灵敏度降低，这又意味着将信号畸变保持在最小值。
依据本发明的高频接收机的另一种实施方案的特征在于，将该差分正交低噪声放大器构成为AB类工作电路。
这样一种实施方案具有高的线性，降低了互调畸变，而且也能够提供足够的输出电流用以驱动耦合到这样一种AB类工作电路的其他电路。
一种容易实现并具有较少的元件数目来实现依据本发明的高频接收机的又一个实施方案的特征在于，该正交低噪声放大器包括一种半导体的栅地-阴地放大器装置。
适当的优选的半导体是MOST类型的，诸如NMOST或PMOST，或FET，诸如MESFET，等。
依据本发明的高频接收机的另一种实施方案的特征在于，具有一个电容器跨接在半导体的栅地一阴地放大器装置上。
这个电容器有利地作为一种本地电池，用于半导体的栅地-阴地放大器装置，并用于将三次谐波畸变降低大约10dB。
依据本发明的高频接收机的一种实施方案是优选的，因为它通过消除正交LNA之间的增益失配改进了线性度，其特征在于，该高频接收机包括两个正交斩波器，被耦合在正交低噪声放大器的相应输出和正交混频器的相应输入之间。
如果在依据本发明的高频接收机的又一种实施方案中该接收机的特征在于将正交斩波器和正交混频器组合成无源的正交斩波器/混频器，则可实现功率消耗的进一步降低，这在向单片接收机发展方面也是非常重要的。
对于通信设备，例如无线电接收机、发送接收机或电话，如装有这样一种高频接收机的移动或无绳电话，可以提及类似的优点和有利的结果。
附图说明
现在，将通过参考附图及其附加优点一起进一步阐述依据本发明的高频接收机，其中类似的部件用相同的标号表示。在图中：
图1示出依据本发明的一种高频接收机的简化方框图；
图2示出在图1的高频接收机中应用的一种无源正交斩波器的可能的实施方案；和
图3示出实现正交低噪声放大器之一的半导体的差分栅地-阴地放大器装置的一种无源实施方案。
具体实施方式
图1示出一种高频接收机1的方框图，特别是它的所谓的前端。在前端中，这样一种接收机1包括正交低噪声放大器2-1和2-2形式的低噪声放大器2，在此以后称为LNA2，其通过表示为“输入”的端子，并且通常通过带通滤波器和/或天线开关(均未示出)耦合到天线(也未示出)。接收机1也包括I-混频器3-1和Q-混频器3-2，在一种实施方案中，它们可被分别直接耦合到I和Q LNA 2-1和2-2的输出4和5。正交混频器3被耦合到通常一个本地振荡器6的正交输出I0和Q0，并且混频器IF输出7和8被耦合到正交解调器(Demod)9，例如，可以包括∑-Δ解调器或任何其他适当的解调器。这样一种如所指明的那样具有I和Q路径的接收机方案可被用在如一种可能多级IF接收机中，比如零IF、接近零IF接收机等。特别地，在如无线电接收机、发送接收机或电话例如移动或无绳电话的通信设备中提供有这样一种高频接收机。通过将正交LNA2包括在接收机1中，来自振荡器6的本地振荡器输出信号I0和Q0被保护以避免交叉混频或自混频，以使得在差分混频器输出7和8上产生DC偏置。这导致接收机1具有改进的动态范围。
在另一种实施方案中接收机1可以包括正交斩波器10-1和10-2。图2示出一种可能的无源正交斩波器10的实施方案，供在高频接收机1中应用。斩波器10将接收机1的正交路径I和Q中的I和Q信号切换，以便通过消除LNA 2-1和2-2之间可能的增益失配来改进线性度。斩波器10的实施方案被优选，因为它是一种组合的斩波器混频器结构，另外它是无源的，作为其结果，降低了功率消耗。无源斩波器混频器10具有一种容易在具有非常适当的芯片面积的片上实施的结构。它由平行耦合的半导体11-1，11-2和交叉耦合的连接到差分输入13和14的半导体12-1，12-2组成。如果在它们各自的栅极上被本地振荡器信号LO或它们的带有上划线(upper score)的反相LO适当地控制和定时，半导体11和12通过同类的无源低功耗结构实现同时的混频和斩波器功能。
一种从高线性度和高隔离观点优选的I和Q LNA2的实施方案被示于图3中。它示出实施这样一种正交低噪声放大器的半导体15-1…15…8的无源低功耗差分栅地-阴地放大器装置。输入16(在这种情况下是差分输入)被耦合到两条分支，每条具有四个半导体15。输出17，对应于以前的输入4和5，其在这种情况下也是差分输出，并且这个输出17分别通过隔离半导体15-2，15-3，15-6，15-7与输入受控的半导体15-1，15-4，15-5，15-8隔离。这导致输入16和输出17之间的高隔离值，现在输出17与输入16被良好地隔离，以降低被可能出现在输出17、被耦合到混频器3或斩波器10的本地振荡器信号引起的自混频。
图3的LNA2除了分别耦合到供电电压Vdd和地的电路阻抗Z1和Zs之外还有一个如所示被跨接耦合在栅地-阴地放大器半导体15两端的电容器C。这个电容器C对栅地-阴地放大器装置起着电池或电压源的作用，降低了LNA的三阶畸变，并对该装置提供改进的线性度。半导体装置15是一种AB类电路，所以可以由差分输出17提供有效的输出电流到与其耦合的其他电路。一般半导体15是MOST类型的，如NMOST或PMOST，或者FET类型的，如MESFET，等。
虽然以上已经参考基本优选的实施方案和最佳可能的模式作了描述，将会理解，决不将这些实施方案解释为所涉及的设备的限制性的范例，因为落在所附的权利要求范围内的各种修改、特性和特性组合现在是在技术人员所及的范围内。

Claims (8)

1.一种高频接收机(1)，包括低噪声放大器(2-1，2-2)以及耦合到所述低噪声放大器(2-1，2-2)的正交混频器(3-1，3-2)，其特征在于，所述高频接收机(1)还包括耦合在所述低噪声放大器(2-1，2-2)的相应输出(4，5)和所述正交混频器(3-1，3-2)的相应输入之间的两个正交斩波器(10-1，10-2)。
2.依据权利要求1的高频接收机(1)，其特征在于，正交低噪声放大器(2-1，2-2)的正交路径(I，Q)以差分方式来实现。
3.依据权利要求2的高频接收机(1)，其特征在于，差分正交低噪声放大器(2-1，2-2)被构成为AB类工作电路。
4.依据权利要求1的高频接收机(1)，其特征在于，正交低噪声放大器(2-1，2-2)包括半导体(15-1…15-8)的栅地-阴地放大器装置。
5.依据权利要求4的高频接收机(1)，其特征在于，所述半导体(15-1…15-8)是金属-氧化物-半导体-晶体管MOST类型的，如N型MOST或P型MOST，或场效应管FET，如MOS型场效应管MOSFET，等。
6.依据权利要求4或5的高频接收机(1)，其特征在于，具有一个电容器(C)连接在半导体(15-1…15-8)的栅地-阴地放大器装置的两端。
7.依据权利要求1的高频接收机(1)，其特征在于，所述正交斩波器(10-1，10-2)和正交混频器(3-1，3-2)被组合成无源的正交斩波器(10-1，10-2)/混频器(3-1，3-2)。
8.一种通信设备，例如无线电接收机、发送接收机或电话，如移动或无绳电话，具有高频接收机(1)，所述高频接收机(1)包括低噪声放大器(2-1，2-2)以及耦合到所述低噪声放大器(2-1，2-2)的正交混频器(3-1，3-2)，其特征在于，所述高频接收机(1)还包括耦合在所述低噪声放大器(2-1，2-2)的相应输出(4，5)和所述正交混频器(3-1，3-2)的相应输入之间的两个正交斩波器(10-1，10-2)。
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