TW201944726A - 多頻段毫米波第五代通信的寬頻帶鏡像拒斥射頻接收器和前端電路 - Google Patents

多頻段毫米波第五代通信的寬頻帶鏡像拒斥射頻接收器和前端電路 Download PDF

Info

Publication number
TW201944726A
TW201944726A TW108111814A TW108111814A TW201944726A TW 201944726 A TW201944726 A TW 201944726A TW 108111814 A TW108111814 A TW 108111814A TW 108111814 A TW108111814 A TW 108111814A TW 201944726 A TW201944726 A TW 201944726A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
differential
transistor
mixer
coupled
extreme point
Prior art date
Application number
TW108111814A
Other languages
English (en)
Inventor
黃敏祐
華 王
守濤 陳
遲太運
Original Assignee
美商思通科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商思通科技有限公司 filed Critical 美商思通科技有限公司
Publication of TW201944726A publication Critical patent/TW201944726A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/18—Modifications of frequency-changers for eliminating image frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/16—Circuits
    • H04B1/26—Circuits for superheterodyne receivers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/14—Balanced arrangements
    • H03D7/1425—Balanced arrangements with transistors
    • H03D7/1441—Balanced arrangements with transistors using field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195—High frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183—Long tailed pairs
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
    • H03G3/3042—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers in modulators, frequency-changers, transmitters or power amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/16—Circuits
    • H04B1/18—Input circuits, e.g. for coupling to an antenna or a transmission line
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/50—Circuits using different frequencies for the two directions of communication
    • H04B1/52—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa
    • H04B1/525—Hybrid arrangements, i.e. arrangements for transition from single-path two-direction transmission to single-direction transmission on each of two paths or vice versa with means for reducing leakage of transmitter signal into the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D2200/00—Indexing scheme relating to details of demodulation or transference of modulation from one carrier to another covered by H03D
    • H03D2200/0041—Functional aspects of demodulators
    • H03D2200/0066—Mixing
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/111—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a dual or triple band amplifier, e.g. 900 and 1800 MHz, e.g. switched or not switched, simultaneously or not
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/171—A filter circuit coupled to the output of an amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/294—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a low noise amplifier [LNA]
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/336—A I/Q, i.e. phase quadrature, modulator or demodulator being used in an amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/387—A circuit being added at the output of an amplifier to adapt the output impedance of the amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/408—Indexing scheme relating to amplifiers the output amplifying stage of an amplifier comprising three power stages
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45702—Indexing scheme relating to differential amplifiers the LC comprising two resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3052—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in bandpass amplifiers (H.F. or I.F.) or in frequency-changers used in a (super)heterodyne receiver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Transceivers (AREA)

Abstract

依據一個實施例，射頻接收器電路包括低噪訊放大器、多相濾波器、以及耦接在低噪訊放大器和多相濾波器之間的同相正交(IQ)混合器電路。IQ混合器電路包括：IQ產生器，其具有差分同相輸入埠、差分同相輸出埠、以及差分正交輸出埠；第一混頻器，其具有差分本地振蕩器(LO)輸入埠，其中第一混頻器的差分LO輸入埠耦接至IQ產生器的差分同相輸出埠以驅動第一混頻器；以及第二混頻器，其具有差分LO輸入埠，其中第二混頻器的差分LO輸入埠耦接至IQ產生器的差分正交輸出埠以驅動第二混頻器。

Description

多頻段毫米波第五代通信的寬頻帶鏡像拒斥射頻接收器和前端電路
本發明涉及無線通訊裝置，尤指一種通訊裝置中的多頻段鏡像拒斥接收器（multi-band image-reject receiver）。
對於下個世代的5G通訊裝置，諸如擴增實境（augmented reality）/虛擬實境（virtual reality），及5G多輸入多輸出（multiple-input and multiple-output MIMO）的許多應用需要高資料傳輸率。為了支援高資料傳輸率，現在的設計朝向毫米波（millimeter-wave mm-Wave）頻率。同時，也需要更寬的頻寬來達成高資料傳輸率。例如，更寬的頻寬需要涵蓋5G頻譜，如24、28、37及39GHz頻段。
低中頻(IF)接收器架構對於通信裝置可能是流行的，以避免來自零IF下變頻接收器的諸如閃爍噪聲和直流偏移等的缺點。然而，低IF接收器的毫米波寬頻帶同相正交(IQ)本地振蕩器(LO)產生的可能損耗非常大，降低接收器的下變頻混合器的性能。存在對於具有毫米波頻率處理能力的寬頻帶鏡像抑制的晶片內建接收器的需要。
有鑑於此，如何減輕或消除上述相關領域的缺失，實為有待解決的問題。
本說明書提供一種射頻接收器電路的實施例，用於多頻帶毫米波第五代通訊，其包含：低噪訊放大器、多相濾波器、以及耦接在低噪訊放大器和多相濾波器之間的同相正交(in-phase quadrature IQ)混合器電路。IQ混合器電路包括：IQ產生器，其具有差分同相輸入埠、差分同相輸出埠、以及差分正交輸出埠；第一混頻器，其具有差分本地振蕩器(local oscillator LO)輸入埠，其中第一混頻器的差分LO輸入埠耦接至IQ產生器的差分同相輸出埠以驅動第一混頻器；以及第二混頻器，其具有差分LO輸入埠，其中第二混頻器的差分LO輸入埠耦接至IQ產生器的差分正交輸出埠以驅動第二混頻器。
本說明書另提供一種射頻前端電路的實施例，用於多頻帶毫米波第五代通訊，其包含如上所述的射頻接收器。
本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
多種實施例及發明的多個面向可參考如後描述的實施細節，而伴隨的圖示也用來描述多種實施例。如下所述的描述及圖示只用來說明發明，而不是用來限定發明。其中的許多特定細節僅用來讓讀者對本發明中多種實施例的全面性理解。然而，在這些案例中，並沒有針對習知或過去技術的細節做描述，為了提供本發明實施例的清楚討論。
說明書中所述的”一個實施例”或”一實施例”指包含於發明中的至少一個實施例的特定性能、結構或特徵的表述。出現於說明書中若干地方的”一個實施例”一詞，並不一定指著相同的實施例。
需注意的是，實施例的相應圖示中，以線段表示訊號。較寬的線可以表示較多訊號路徑的組成，與/或於一個或多個端點上顯示箭頭，指出主要訊息的流向。上述的指示圖號並非是限定的意義。反之，一個或多個實施例中的連接線，只是用來讓電路或邏輯單元更容易了解。任何代表訊號只是顯示出設計需求或較佳選擇，實際上可能包含一個或多個任意方向傳遞的訊號，以及搭配適當類型的訊號方案來實作。
於整份說明書及權利要求中，詞語”連接”表示連接物間的直接電性連接，之間沒有任何裝置。詞語”耦接”表示連接物間的直接電性連接，或者通過一個或多個被動或主動中間裝置的非直接連接。詞語”電路”代表一個或多個被動與/或主動元件，統合安排來提供特定功能。詞語”訊號”表示至少一個電流訊號、電壓訊號或資料/時鐘訊號。”一個”、 ”一種”、”該”及”所述”都具有多個的意涵。”其中”的意義包含”在…之中”及”在…之上”。
除非特別說明，這裡使用的具順序性的形容詞”第一”、”第二”及”第三”等來描述共用對象，僅僅只是區分相似對象的不同實例，而沒有意圖要暗示這些物體需要服從時間上、位置上、優先程度或其他的特定順序。這裡使用的詞語”基本等同於”指在所述目標的誤差10%之內。
除非特別說明，為了實施例描述的達成目的，電晶體為金氧半導體（metal oxide semiconductor MOS）電晶體，包含汲極（drain）、源極（source）、閘極（gate）及基極（bulk）端點。源極與汲極可能是相同端點，並且在這裡可交換著使用。熟習此技藝人士理解在不違反揭露範圍的情況下，也可以使用其他類型的電晶體，例如雙極性電晶體（bipolar junction transistor BJT）—BJT PNP/NPN、BiCMOS、CMOS等。
根據一些實施例，射頻（radio frequency RF）接收器電路包含：低噪訊放大器（low noise amplifier LNA）、多相濾波器（poly-phase filter PPF）、以及耦接在低噪訊放大器和多相濾波器之間的同相正交(in-phase quadrature IQ)混合器電路。IQ混合器電路包括：IQ產生器，其具有差分同相輸入埠、差分同相輸出埠、以及差分正交輸出埠；第一混頻器，其具有差分本地振蕩器(local oscillator LO)輸入埠，其中第一混頻器的差分LO輸入埠耦接至IQ產生器的差分同相輸出埠以驅動第一混頻器；以及第二混頻器，其具有差分LO輸入埠，其中第二混頻器的差分LO輸入埠耦接至IQ產生器的差分正交輸出埠以驅動第二混頻器。
於一個實施例，第一混頻器和第二混頻器各自包含：第一級放大器，其中第一級放大器包含具有第一電晶體和第二電晶體的第一差動電晶體對，其中第一電晶體的第一閘極端點和第二電晶體的第二閘極端點一起形成差分射頻輸入埠以接收要混合的差分射頻輸入訊號；以及第二級放大器，其耦接至第一級放大器，其中第二級放大器包括第二差動電晶體對和第三差動電晶體對，第二差動電晶體對具有包含第三閘極端點的第三電晶體和包含第四閘極端點的第四電晶體，第三差動電晶體對具有包含第五閘極端點的第五電晶體和包含第六閘極端點的第六電晶體，其中第三閘極端點耦接至第五閘極端點並且第四閘極端點耦接至第六閘極端點，第三閘極端點和第五閘極端點形成差分LO輸入埠以接收用以驅動該混頻器的差分LO驅動訊號。
於另一個實施例，第一差動電晶體對中的第一電晶體的第一汲極端點經由第一電感器而耦接至第二差動電晶體對中的第三電晶體和第四電晶體的源極端點，以及第一差動電晶體對中的第二電晶體的第二汲極端點經由第二電感器而耦接至第三差動電晶體對中的第五電晶體和第六電晶體的源極端點，其中第一電感器和第二電感器形成差分電感器對。在另一實施例中，第三電晶體的汲極端點耦接至第五電晶體的汲極端點作為第一輸出，第四電晶體的汲極端點耦接至第六電晶體的汲極端點作為第二輸出，其中第一輸出和第二輸出形成差分輸出埠以輸出差分混合訊號。
於另一個方面，射頻前端電路包括用以放大接收到的訊號的射頻接收器，該射頻接收器包括低噪訊放大器、多相濾波器、以及耦接在低噪訊放大器和多相濾波器之間的IQ混合器電路。IQ混合器電路包括：IQ產生器，其具有差分同相輸入埠、差分同相輸出埠和差分正交輸出埠；第一混頻器，其具有差分LO輸入埠，其中第一混頻器的差分LO輸入埠耦接至IQ產生器的差分同相輸出埠以驅動第一混頻器；以及第二混頻器，其具有差分LO輸入埠，其中第二混頻器的差分LO輸入端口耦接至IQ發生器的差分正交輸出埠以驅動第二混頻器。
圖1為依據一個實施例的無線通訊裝置的範例方塊圖。參考圖1，無線通訊裝置100，可簡稱為無線裝置，至少包含射頻前端模組（RF frontend module）101及基頻處理器（baseband processor）102。無線裝置100可為任意類型的無線通訊裝置，舉例來說，諸如行動電話、膝上型電腦、平板電腦、網路設備裝置（如物聯網或物聯網設備裝置）等。
於無線電接收器電路中，射頻前端是一種介於天線到混頻器階段（mixer stage）之間的所有電路的泛稱，而射頻前端也包含混頻器階段。它包含接收器中用來處理原始接收到的無線電頻率但還沒有轉換到較低的中頻（Intermediate Frequency IF）的訊號的所有處理訊號元件。於微波及衛星接收器中，稱為低噪訊變頻器（low-noise block LNB）或低噪訊降頻轉換器（low-noise down-converter LND）的元件通常位於天線處，使得從天線傳來的訊號能夠轉變為較容易處理的中頻訊號並傳導到接收器中的其他元件。基頻處理器是網路介面中的一種裝置（晶片或晶片中的一部份），管理所有無線電功能（如所有需要天線的功能）。
於一個實施例中，射頻前端模組101包含一或多個射頻收發器（RF transceivers），每一者通過數個射頻天線中的一個來傳送及接收特定頻帶中的射頻訊號（如互不重疊頻率範圍等的特定頻率範圍）。射頻前端積體電路晶片更包含IQ產生器與/或頻率合成器（frequency synthesizer），耦接於射頻收發器。IQ產生器或產生電路產生並提供本地震盪器（local oscillator LO）訊號給每一個射頻收發器，用於致能射頻收發器來混頻、調變與/或解調變相應頻帶中的射頻訊號。射頻收發器及IQ產生器電路可被整合在單一積體電路晶片中，做為單射頻前端積體電路晶片或組件（package）。
圖2為依據一個實施例的射頻前端積體電路的範例方塊圖。參考圖2，射頻前端101至少包含IQ產生器與/或頻率合成器200，耦接於多頻帶射頻收發器211。收發器211被組態來通過射頻天線221傳送及接收一個或多個頻帶，或者寬廣範圍的射頻頻率範圍內的射頻訊號。於一個實施例，收發器211被組態來從IQ產生器與/或頻率合成器200接收一個或多個LO訊號。LO訊號的產生係根據一個或多個相應頻段。收發器利用LO訊號來進行混頻、調變、解調變，為了達到在相應頻帶中傳送及接收射頻訊號的目的。雖然圖中只顯示一個收發器及天線，但是可以實作多對的收發器及天線，每一對相應於多個頻帶中的一個。
圖3為依據一個實施例的射頻收發器積體電路的方塊圖。參考圖3，射頻收發器300可代表如圖2描述的射頻收發器211。參考圖3，頻率合成器200可代表如圖2描述的頻率合成器200。於一個實施例，射頻收發器300能夠包含頻率合成器300、傳輸器301及接收器302。頻率合成器200通訊性地耦接於傳送器301及接收器302，用來提供LO訊號。傳輸器301能夠針對數個頻段發射射頻訊號。接收器302能夠接收數個頻段的射頻訊號。
接收器302包含低噪訊放大器（low noise amplifier LNA）306、一個或多個混頻器307及一個或多個濾波器308。LNA 306經由天線221從遠端傳輸器接收射頻訊號，並放大接收到的射頻訊號。放大的射頻訊號接著由混頻器307（可稱為下變頻混頻器down-convert mixers）依據IQ產生器317提供的LO訊號解調變。IQ產生器317可代表如上所述IQ產生器/合成器200中的IQ產生器。於一個實施例，IQ產生器317整合到寬頻帶接收器之中，形成單積體電路。解調變後的訊號接著被濾波器308（可為低通濾波器）處理。於一個實施例，傳輸器301及接收器302經由T/R切換器309共用天線310。T/R切換器309組態來在特定時間點於傳輸器301及接收器302之間切換，用來將天線221耦接至傳輸器301或接收器302．雖然圖中只顯示一對傳輸器及接收器，但是可以實作多對的傳輸器及接收器，與/或單獨的接收器。
圖4的方塊圖描述寬頻LNA 306、寬頻IQ混頻器（wideband IQ mixers）307及濾波器308。濾波器308能夠是二級電阻器電容器（如RC-CR）多相濾波器（poly-phase filter）。濾波器308能夠包含增加額外功率增益的一個或多個可變增益中頻放大器。需注意的是，寬頻IQ混頻器307能夠與寬頻IQ產生電路317共設計，成為單一元件。寬頻IQ混頻器307也能夠包含匹配網路310，用來進行LNA 306及混頻器307間的阻抗匹配。
圖5的方塊圖描述根據一個實施例的毫米波寬頻IQ產生電路。參考圖5，寬頻IQ產生電路317能夠在寬廣頻率範圍上根據差分LO訊號（如LO_Ip 及LO_In ）產生IQ訊號（如LO_Ip 、LO_Qp 、LO_In 及LO_Qn ）。IQ產生電路317引入90度相移至LO訊號，用來產生四相位正交（four phase quadrants）的訊號。IQ混頻器接著能夠使用IQ訊號來調變擁有IQ資料的射頻訊號至較低頻率訊號（如IF訊號）。
圖6的方塊圖描述根據一個實施例的寬頻帶IQ混頻器。混頻器是一個具有三個埠的裝置，能夠進行訊號的頻率轉換或調變。對於接收器，混頻器使用LO訊號降頻轉換（或解調變）射頻訊號，用以產生中頻（IF）訊號。參考圖6，混頻器307包含兩個（或雙）平衡式Gilbert混頻器620與621。雙平衡式Gilbert混頻器620與621使用差分LO訊號降頻轉換（或解調變）差分射頻訊號，產生差分IF訊號。例如，混頻器620接收RF_inp 與RF_inn ，以及由毫米波寬頻段IQ產生電路（如圖5的IQ產生器317）產生的差分同相訊號（differential in-phase signals，如LO_Ip 與LO_In ），用於產生IF_lp 與IF_In 。類似地，混頻器621接收RF_inp 與RF_inn ，以及由毫米波寬頻段IQ產生電路（如圖5的IQ產生器317）產生的差分正交訊號（differential quadrature signals，如LO_Qp 與LO_Qn ），用於產生IF_Qp 與IF_Qn 。於一些實施例，混頻器620與621中的每一個能夠包含一個或多個差動放大級。
參考圖6，針對二級差動放大器，放大器能夠包含當做第一級的同源差動放大器（common source differential amplifier），以及當做第二級的閘極耦合差動放大器（gate-coupled differential amplifier）。混頻器620與621中的每一個同源差動放大級能夠接收差動訊號RF_inp 與RF_inn 。混頻器620中的閘極耦合差動放大級能夠接收差動訊號LO_In 與LO_Ip 。混頻器621中的閘極耦合差動放大級能夠接收差動訊號LO_Qn 與LO_Qp 。射頻訊號接著藉由LO訊號被降頻轉換，用來產生IF訊號。第二級能夠包含低通濾波器，作為第一階低通濾波器，用來最小化介入混頻器620與621的高頻噪訊干擾。於一個實施例，低通濾波器可為被動低通濾波器（passive low pass filter），包含並聯於電容（如電容630）的負載電阻器（load resistor）。於一個實施例，第一級的不同放大器通過差動電感器（如差動電感器633）耦接於第二級差動放大器。於一個實施例，混頻器620與621與毫米波IQ產生電路（如圖5中的毫米波IQ產生電路317）共設計於單晶積體電路（monolithic integrated circuit）。
為共設計的圖5的毫米波IQ產生電路與圖6的寬頻帶IQ混頻器，圖7A顯示依據一個實施例的介於20到45 GHz的LO頻率的轉換增益模擬圖。參考圖7A，在中等的差分功率，如LO訊號在IQ產生電路的輸入端上的差分功率約為-2 dBm時，於LO頻率範圍為23至43 GHz內，IQ混頻器307能夠獲得約大於7dB的降頻轉換增益，並且約小於0.7dB的振幅失配（amplitude mismatch）。
為共設計的圖5的毫米波IQ產生電路與圖6的寬頻帶IQ混頻器，圖7B顯示依據一個實施例的介於0到8 GHz的中頻（IF）的轉換增益模擬圖。參考圖6，混頻器620/621的輸出負載電阻器能夠與輸入電容器630共設計為並聯而形成第一階低通濾波器（first-order low pass filter），輸入電容器630可能是於下一IF放大級（如圖4的IF可變增益放大級308）上看入的寄生電容。參考圖7B，基於共設計的毫米波IQ產生電路與IQ混頻器，於約3.5 GHz的IF頻率上，轉換增益的衰減能夠從約7.6 dB的尖峰增益降低約0.5 dB。
參考圖6，差動電感對633用來拾取兩個差動放大級之間的電流增益。為了達到優異的效能，包含四個電感器，為雙IQ混頻器中的各IQ混頻器使用兩個差動電感對。然而，四個電感器會佔據較大的面積。圖8顯示根據一個實施例的差動電感對的三維模型。差動電感對800可以是圖6的差動電感對633。於一個實施例，差動電感對能夠縮小到單一電感器的覆蓋區（footprint），如圖8的差動電感對800。參考圖8，差動電感對800包含兩個螺旋狀電感器，一起折合至單一電感器的尺寸，因為電感對間會形成虛擬接地的現象，所以，地平面（如圍繞電感器的地平面）能夠讓電感對再利用來縮小電感對的尺寸。於一個實施例，差動電感對800中的每一個能夠得到約200pH的電感值。於一個實施例，電感對的覆蓋區約165µm乘85µm。
圖9顯示依據一個實施例的雙平衡式混頻器900，其中的每一個配置如圖8所示的差動電感對。參考圖9，雙平衡式混頻器能為圖6所示的IQ混頻器620與621。如圖9所示，兩個電感對（如，一共四個電感器）各自耦接於第一級放大器與第二級放大器之間。電感對於這兩級間施加電感，用來在毫米波頻率範圍內加強電流增益。差動電感對中的電感器共用虛擬地，並且只需佔據單一電感器的大小。於一個實施例，上述混頻器尺寸約185µm乘252µm。圖10顯示依據一個實施例的多向濾波器（poly-phase filter PPF）電路。PPF 308能夠濾除高頻噪訊並且能夠將上述四個同相及正交訊號重新組合為IF訊號的差分對，如IF_Ip 與IF_In 。於一個實施例，PPF 308包含一個或多個放大級，更用於放大IF訊號。參考圖10，於一個實施例，PPF 308包含三級。第一級包含差動放大器1001，用於增加上述IQ IF訊號（如IF_Ip 、IF_In 、IF_Qp 與IF_Qn ）的功率。第二級包含電阻-電容式與電容-電阻式（RC-CR）PPF 1003。PPF 1003能夠濾除不想要的訊號噪聲，如IF頻率範圍外的高頻躁訊，並且能夠組合上述四個同相及正交訊號，如IF_Ip 、IF_In 、IF_Qp 與IF_Qn ，成為IF訊號的差分對，如IF_Ip 與IF_In 。最後，第三級包含放大器1005，更放大差分IF訊號IF_Ip 與IF_In ，產生IF_out+ 與IF_out- 。放大器1001及放大器1005能為可變增益放大器，允許為PPF電路308進行增益調整。
為如圖4所示的寬頻帶接收器電路（如接收器302），圖11顯示依據一個實施例當IF頻率定在約3.5 GHz時，射頻頻率介於22到39 GHz的映像拒斥比模擬圖。模擬設定包含具有-2到+3dBm的驅動功率的差分LO作為輸入。在IF頻率約3.5 GHz的條件下，對應於射頻頻率從22到39 GHz的寬頻映像拒斥比（imaging rejection ratio IPR）約大於23dB。依據一個實施例，寬頻帶接收器302佔據約1.36mm乘0.65mm的面積。根據一個實施例，表1中示出射頻接收器電路302的整體性能。
表1-寬頻帶接收器電路302的性能概要
上述說明書中，本發明已經透過實施例的詳細範例進行描述。顯而易見的，在不違反之後請求項的寬廣精神及範圍下，實施例中的舉例可進行各種適應性的修改。據此，說明書及圖示只能視為解說的意涵，而不具有限制性的表示。
100‧‧‧無線裝置
101‧‧‧射頻前端模組
102‧‧‧基頻處理器
200‧‧‧IQ產生器/頻率合成器
211‧‧‧適用於多頻段的多頻帶射頻收發器
221‧‧‧射頻天線
301‧‧‧寬頻帶傳輸器
302‧‧‧寬頻帶接收器
303‧‧‧功率放大器
304‧‧‧共設計匹配網路
306‧‧‧低噪訊放大器
307‧‧‧混頻器
308‧‧‧濾波器
309‧‧‧T/R切換器
317‧‧‧寬頻帶IQ產生器
318‧‧‧匹配網路
620、621‧‧‧Gilbert混頻器
630‧‧‧電容
633‧‧‧電感器
800‧‧‧差動電感對
900‧‧‧雙平衡式混頻器
1001‧‧‧差動放大器
1003‧‧‧RC-CR多向濾波器
1005‧‧‧放大器
圖1為依據一個實施例的無線通訊裝置的範例方塊圖。
圖2為依據一個實施例的射頻前端積體電路（RF frontend integrated circuit）的範例方塊圖。
圖3為依據一個實施例的射頻收發器積體電路的方塊圖。
圖4為依據一個實施例的寬頻帶接收器電路的範例方塊圖。
圖5為依據一個實施例的寬頻帶IQ產生電路的方塊圖。
圖6為依據一個實施例的寬頻帶IQ混頻器的方塊圖。
圖7A顯示依據一個實施例之針對共設計的圖5的毫米波IQ產生電路及圖6的寬頻帶IQ混頻器於介於20到45 GHz的LO頻率的轉換增益模擬圖。
圖7B顯示依據一個實施例之針對共設計的圖5的毫米波IQ產生電路及圖6的寬頻帶IQ混頻器於介於0到8 GHz的中頻（IF）的轉換增益模擬圖。
圖8顯示根據一個實施例的差動電感對的三維模型。
圖9顯示依據一個實施例的雙平衡式混頻器的佈局模型，其中雙平衡式混頻器各自具有差動電感對。
圖10顯示依據一個實施例的多向濾波器（poly-phase filter PPF）電路的方塊圖。
圖11顯示依據一個實施例的針對圖4的寬頻帶接收器電路的、在3.5 GHz的固定IF頻率下相對於22至39 GHz的RF頻率的鏡像拒斥比模擬圖。

Claims (18)

  1. 一種射頻接收器電路，包含： 一低噪訊放大器； 一多相濾波器；以及 一同相正交混合器電路，耦接在該低噪訊放大器和該多相濾波器之間，包含： 一同相正交產生器，具有一差分同相輸入埠、一差分同相輸出埠、以及一差分正交輸出埠； 一第一混頻器，具有一差分本地振蕩器輸入埠，其中該第一混頻器的一差分本地振蕩器輸入埠耦接至該同相正交產生器的一差分同相輸出埠以驅動該第一混頻器；以及 一第二混頻器，具有一差分本地振蕩器輸入埠，其中該第二混頻器的該差分本地振蕩器輸入埠耦接至該同相正交產生器的一差分正交輸出埠以驅動該第二混頻器。
  2. 如請求項1所述的射頻接收器電路，其中該第一混頻器和該第二混頻器各自包含： 一第一級放大器，其中該第一級放大器包括具有一第一電晶體和一第二電晶體的一第一差動電晶體對，該第一電晶體的一第一閘極端點和該第二晶體管的一第二閘極端點一起形成差分射頻輸入埠以接收要混合的差分射頻輸入信號；以及 一第二級放大器，耦接至該第一級放大器，其中該第二級放大器包括一第二差動電晶體對和一第三差動電晶體對，該第二差動電晶體對具有包含一第三閘極端點的一第三電晶體和包含一第四閘極端點的一第四電晶體，該第三差動電晶體對具有包含一第五閘極端點的一第五電晶體和包含一第六閘極端點的一第六電晶體，該第三閘極端點耦接至該第五閘極端點並且該第四閘極端點耦接至該第六閘極端點，所述該第三閘極端點和該第五閘極端點形成一差分本地振蕩器輸入埠以接收用以驅動該混頻器的差分本地振蕩器驅動訊號。
  3. 如請求項2所述的射頻接收器電路，其中，該第一差動電晶體對中的該第一電晶體的一第一汲極端點經由一第一電感器而耦接至該第二差動電晶體對中的該第三電晶體和該第四電晶體的源極端點，以及該第一差動電晶體對中的該第二電晶體的一第二汲極端點經由一第二電感器而耦接至該第三差動電晶體對中的該第五電晶體和該第六電晶體的源極端點。
  4. 如請求項3所述的射頻接收器電路，其中，該第一電感器和該第二電感器形成差動電感器對。
  5. 如請求項4所述的射頻接收器電路，其中，該差動電感器對具有單個電感器的覆蓋區，該覆蓋區共享共同的虛擬接地。
  6. 如請求項2所述的射頻接收器電路，其中，該第三電晶體的汲極端點耦接至該第五電晶體的汲極端點作為第一輸出，該第四電晶體的汲極端點耦接至該第六晶體管的汲極端點作為第二輸出，其中該第一輸出和該第二輸出形成差動輸出埠以輸出差分混合訊號。
  7. 如請求項6所述的射頻接收器電路，其中，該第二差動電晶體對中的該第三電晶體和該第四電晶體各自耦接至低通濾波器。
  8. 如請求項7所述的射頻接收器電路，其中，該低通濾波器包含與一電容器並聯耦接的負載電阻器。
  9. 如請求項8所述的射頻接收器電路，其中，該電容器對於所述差動電晶體對而言是下一放大器級的寄生電容。
  10. 一種射頻前端電路，包含用以放大接收到的信號的一射頻接收器，該RF接收器包含： 一低噪訊放大器； 一多相濾波器；以及 一同相正交混合器電路，耦接在該低噪訊放大器和該多相濾波器之間，包含： 一同相正交產生器，具有一差分同相輸入埠、一差分同相輸出埠、以及一差分正交輸出埠； 一第一混頻器，具有一差分本地振蕩器輸入埠，其中該第一混頻器的一差分本地振蕩器輸入埠耦接至該同相正交產生器的一差分同相輸出埠以驅動該第一混頻器；以及 一第二混頻器，具有一差分本地振蕩器輸入埠，其中該第二混頻器的該差分本地振蕩器輸入埠耦接至該同相正交產生器的一差分正交輸出埠以驅動該第二混頻器。
  11. 如請求項10所述的射頻前端電路，其中該第一混頻器和該第二混頻器各自包含： 一第一級放大器，其中該第一級放大器包括具有一第一電晶體和一第二電晶體的一第一差動電晶體對，該第一電晶體的一第一閘極端點和該第二晶體管的一第二閘極端點一起形成差分射頻輸入埠以接收要混合的差分射頻輸入信號；以及 一第二級放大器，耦接至該第一級放大器，其中該第二級放大器包括一第二差動電晶體對和一第三差動電晶體對，該第二差動電晶體對具有包含一第三閘極端點的一第三電晶體和包含一第四閘極端點的一第四電晶體，該第三差動電晶體對具有包含一第五閘極端點的一第五電晶體和包含一第六閘極端點的一第六電晶體，該第三閘極端點耦接至該第五閘極端點並且該第四閘極端點耦接至該第六閘極端點，所述該第三閘極端點和該第五閘極端點形成一差分本地振蕩器輸入埠以接收用以驅動該混頻器的差分本地振蕩器驅動訊號。
  12. 如請求項11所述的射頻前端電路，其中，該第一差動電晶體對中的該第一電晶體的一第一汲極端點經由一第一電感器而耦接至該第二差動電晶體對中的該第三電晶體和該第四電晶體的源極端點，以及該第一差動電晶體對中的該第二電晶體的一第二汲極端點經由一第二電感器而耦接至該第三差動電晶體對中的該第五電晶體和該第六電晶體的源極端點。
  13. 如請求項12所述的射頻前端電路，其中，該第一電感器和該第二電感器形成差動電感器對。
  14. 如請求項13所述的射頻前端電路，其中，該差動電感器對具有單個電感器的覆蓋區，該覆蓋區共享共同的虛擬接地。
  15. 如請求項11所述的射頻前端電路，其中，該第三電晶體的汲極端點耦接至該第五電晶體的汲極端點作為第一輸出，該第四電晶體的汲極端點耦接至該第六晶體管的汲極端點作為第二輸出，其中該第一輸出和該第二輸出形成差動輸出埠以輸出差分混合訊號。
  16. 如請求項15所述的射頻前端電路，其中，該第二差動電晶體對中的該第三電晶體和該第四電晶體各自耦接至低通濾波器。
  17. 如請求項16所述的射頻前端電路，其中，該低通濾波器包含與一電容器並聯耦接的負載電阻器
  18. 如請求項17所述的射頻前端電路，其中，該電容器對於所述差動電晶體對而言是下一放大器級的寄生電容。
TW108111814A 2018-04-05 2019-04-03 多頻段毫米波第五代通信的寬頻帶鏡像拒斥射頻接收器和前端電路 TW201944726A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/946,716 US10411745B1 (en) 2018-04-05 2018-04-05 Broadband image-reject receiver for multi-band millimeter-wave 5G communication
US15/946,716 2018-04-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201944726A true TW201944726A (zh) 2019-11-16

Family

ID=67845243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108111814A TW201944726A (zh) 2018-04-05 2019-04-03 多頻段毫米波第五代通信的寬頻帶鏡像拒斥射頻接收器和前端電路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10411745B1 (zh)
KR (1) KR102262998B1 (zh)
CN (1) CN110350930B (zh)
TW (1) TW201944726A (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019203172A1 (de) * 2018-04-10 2019-10-10 Globalfoundries Inc. Multibandempfänger für Millimeterwellenvorrichtungen
US10944437B2 (en) * 2018-04-10 2021-03-09 GlobalFoundries, Inc. Multiband receivers for millimeter wave devices
KR102347261B1 (ko) 2019-12-31 2022-01-07 충남대학교산학협력단 주파수 선택적 특성을 갖는 이중 평형 주파수 변환 믹서
US11368174B2 (en) * 2020-08-31 2022-06-21 Swiftlink Technologies Co., Ltd. Scalable dual-polarization mm-wave multi-band 5G phased array with a multi-multipliers LO generator
US11677430B2 (en) 2020-11-18 2023-06-13 Swiftlink Technologies Inc. Transformer-based current-reuse amplifier with embedded IQ generation for compact image rejection architecture in multi-band millimeter-wave 5G communication
US11709378B2 (en) 2021-03-17 2023-07-25 Tectus Corporation IQ matching circuit for contact lens radio receiver
CN117501146A (zh) * 2021-06-21 2024-02-02 华为技术有限公司 集成电路、无线接收机和终端
US11894968B2 (en) * 2022-01-31 2024-02-06 Swiftlink Technologies Inc. Inphase quadrature current selector amplifiers for wireless communication

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057714A (en) * 1998-05-29 2000-05-02 Conexant Systems, Inc. Double balance differential active ring mixer with current shared active input balun
US7050778B1 (en) * 2000-09-18 2006-05-23 Broadcom Corporation Direct conversion turner
KR100475124B1 (ko) * 2003-01-15 2005-03-10 삼성전자주식회사 위상 및 이득 부정합 보상 기능을 가지는 직접 변환방식의 무선신호 수신 장치
CN100594665C (zh) * 2004-01-22 2010-03-17 诺基亚公司 混频器电路
US7626464B2 (en) * 2004-07-21 2009-12-01 Kenneth Vincent Puglia Multi-frequency signal source
US7457605B2 (en) * 2004-09-10 2008-11-25 Silicon Laboratories, Inc. Low noise image reject mixer and method therefor
US20080113644A1 (en) * 2006-11-14 2008-05-15 Saverio Trotta Low Noise Mixer
CN101072040B (zh) * 2007-06-13 2013-07-31 展讯通信（上海）有限公司 一种抑制载波泄漏的方法及装置
EP2466746B1 (en) * 2010-12-16 2013-09-18 TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON (publ) Low noise amplifier
US9837194B1 (en) * 2015-10-07 2017-12-05 Universal Lighting Technologies, Inc. Output transformer and resonant inductor in a combined magnetic structure
US9899982B2 (en) * 2015-11-23 2018-02-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. On-chip electromagnetic bandgap (EBG) structure for noise suppression

Also Published As

Publication number Publication date
US10411745B1 (en) 2019-09-10
KR20190116939A (ko) 2019-10-15
CN110350930B (zh) 2021-07-30
KR102262998B1 (ko) 2021-06-08
CN110350930A (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201944726A (zh) 多頻段毫米波第五代通信的寬頻帶鏡像拒斥射頻接收器和前端電路
JP7324233B2 (ja) ミリ波５ｇ通信用再構成可能バンド幅を用いたワイドバンド低雑音増幅器（ｌｎａ）
US10855317B2 (en) Broadband receiver for multi-band millimeter-wave wireless communication
CN110120790B (zh) 用于多频带毫米波5g通信的宽带功率放大器和匹配网络
TW201946395A (zh) 通訊裝置中的傳輸與接收切換器及寬頻帶功率放大器匹配網路
JP7202398B2 (ja) ミリ波５ｇ通信用ブロードバンドｍｉｍｏ受信機のための送信／受信（ｔ／ｒ）スイッチ及び受信機フロントエンドのワイドバンドマッチング共設計法
JP7441240B2 (ja) マルチバンド・ミリ波無線通信用広帯域受信機
Ma et al. A 35–105 GHz high image-rejection-ratio IQ receiver with integrated LO doubler and> 40 dB IRR
Yishay et al. High-performance 81–86 GHz transceiver chipset for Point-to-Point communication in SiGe BiCMOS technology
US11677430B2 (en) Transformer-based current-reuse amplifier with embedded IQ generation for compact image rejection architecture in multi-band millimeter-wave 5G communication
Ebrahimi et al. A 71–86 GHz bidirectional image selection transceiver architecture
US20230238937A1 (en) Transformer-based marchand balun amplifier for wireless communication
WO2024021203A1 (zh) 具有高镜像抑制度的5g双频双向收发机