TWI463812B - 射頻信號接收裝置 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種射頻信號接收裝置。
在有線通訊和無線通訊領域裡,所謂的寬頻通訊(broadband communication)技術已陸續的被提出,諸如:手持式視訊廣播(DVB-H)(470-890 MHz)與感知無線電(cognitive radio)(0.1-10 GHz)等。由於低雜訊放大器(low-noise amplifier,LNA)乃配置於接收裝置的第一級電路,故低雜訊放大器的特性會直接影響到接收裝置的整體效能。因而,在處理寬頻效能時,設計者將會面臨更多的挑戰,包括如何設計具有寬頻輸入匹配與增益頻寬(gain bandwidth)以及低功率消耗的低雜訊放大器。
混波器則為接收裝置的第二級電路,在混波器的設計上,設計者需要考量混波器本身的功率消耗,以及電路面積,還需要考慮在進行低雜訊放大器以及混波器的結合動作時所可能產生的閃爍(flicker)雜訊。
有鑑於此,本發明提出一種射頻信號接收裝置,藉以解決先前技術所述及的問題。
本發明提供一種射頻信號接收裝置,其包括低雜訊放大器以及混波器。低雜訊放大器具有單輸入端以及第一差動輸出端以及第二差動輸出端。此低雜訊放大器具有單輸入端接收一射頻輸入信號,且包括第一電感以及第二電感。第一電感串接在第一差動輸出端以及一操作電壓接收端間。第二電感串接在第二差動輸出端以及前述操作電壓接收端間。混波器耦接於低雜訊放大器的第一及第二差動輸出端。混波器具有第一差動對以及第二差動對,而第一及第二差動對的共同端分別耦接第一及第二差動輸出端,而第一及第二差動對共同接收一差動信號組。
在本發明之一實施例中,上述之低雜訊放大器包括反向放大電路以及單端轉雙端放大電路。反向放大電路的輸入端耦接單輸入端。單端轉雙端放大電路耦接反向放大電路的輸出端,並耦接至第一差動輸出端以及第二差動輸出端。
在本發明之一實施例中,上述之反向放大電路包括第一電晶體、第二電晶體以及第一電容。第一、第二電晶體各具有第一端、第二端以及控制端。第一電晶體的第一端耦接操作電壓接收端。第一電晶體的第二端耦接反向放大電路的輸出端。第二電晶體的控制端耦接第一電晶體的控制端。第二電晶體的第一端耦接第一電晶體的第二端。第二電晶體的第二端耦接接地電壓端。第一電容串接在單輸入端以及第一及第二電晶體的控制端間。
在本發明之一實施例中,第一電感以及第二電感設置在單端轉雙端放大電路中,且單端轉雙端放大電路更包括第三電晶體、第四電晶體、第五電晶體、第六電晶體以及第二電容。第三、第四、第五、第六電晶體各具有第一端、第二端以及控制端。第三電晶體的控制端耦接一固定電壓端。第三電晶體的第一端耦接第一差動輸出端。第四電晶體的控制端耦接第三電晶體的第二端。第四電晶體的第一端耦接第二差動輸出端。第五電晶體的控制端耦接反向放大電路的輸出端。第五電晶體的第一端耦接第三電晶體的第二端。第六電晶體的控制端耦接固定電壓端。第六電晶體的第一端耦接第四電晶體的第二端。第六電晶體的第二端耦接至接地電壓端。第二電容耦接於第三及第五電晶體的耦接端點與第四電晶體的控制端之間。
在本發明之一實施例中,上述之單端轉雙端放大電路更包括第三電容。此第三電容串接在第三電晶體的控制端與接地電壓端之間,或是第三電容串接在第三電晶體的控制端與操作電壓接收端之間。
在本發明之一實施例中,上述之單端轉雙端放大電路更包括第四電容。此第四電容串接在第四電晶體與第六電晶體的耦接端點與接地電壓端之間,或是第四電容串接在第四電晶體與第六電晶體的耦接端點與操作電壓接收端之間。
在本發明之一實施例中,上述之混波器中的第一差動對包括第一差動電晶體以及第二差動電晶體。第一、第二差動電晶體各具有第一端、第二端以及控制端。第一差動電晶體的控制端接收差動信號組的第一信號。第一差動電晶體的第一端耦接第一差動輸出端。第一差動電晶體的第二端耦接第一混波輸出端。第二差動電晶體具有第一端、第二端以及控制端。第二差動電晶體的控制端接收差動信號組的第二信號。第二差動電晶體的第一端耦接第一差動輸出端。第二差動電晶體的第二端耦接第二混波輸出端。
在本發明之一實施例中,上述之混波器中的第二差動對包括第三差動電晶體以及第四差動電晶體。第三、第四差動電晶體各具有第一端、第二端以及控制端。第三差動電晶體的控制端接收差動信號組的第二信號。第三差動電晶體的第一端耦接第二差動輸出端。第三差動電晶體的第二端耦接第一混波輸出端。第四差動電晶體的控制端接收差動信號組的第一信號。第四差動電晶體的第一端耦接第二差動輸出端。第四差動電晶體的第二端耦接第二混波輸出端。
在本發明之一實施例中,上述之混波器更包括第一負載以及第二負載。第一負載耦接於第一混波輸出端與接地電壓端間。第二負載耦接於第二混波輸出端與接地電壓端間。
在本發明之一實施例中,上述之第一負載包括第五電容以及第一電阻,而第二負載包括第六電容以及第二電阻。第五電容耦接於第一混波輸出端與接地電壓端間。第六電容耦接於第二混波輸出端與接地電壓端間。第一電阻並聯於第五電容。第二電阻並聯於第六電容。
基於上述,本發明透過在低雜訊放大器的第一及第二差動輸出端間串接第一及第二電感,以降低功率消耗以及達到合適的頻率響應。第一及第二電感並可以與混波器上的寄生電容產生共振效應,以有效降低閃爍雜訊,並提升射頻信號接收裝置的工作效益。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細參考本發明之實施例,並在附圖中說明所述實施例之實例。另外,凡可能之處,在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1是依照本發明一實施例之射頻信號接收裝置的電路圖。請參閱圖1。此射頻信號接收裝置100包括低雜訊放大器110以及混波器140。而低雜訊放大器110具有單輸入端T1以及第一差動輸出端LNAout_n以及第二差動輸出端LNAout_p。並且,低雜訊放大器110具有單輸入端T1接收一射頻輸入信號RFin,且低雜訊放大器110包括第一電感L1以及第二電感L2。第一電感L1串接在第一差動輸出端LNAout_n以及操作電壓接收端VDD間。第二電感L2串接在第二差動輸出端LNAout_p以及操作電壓接收端VDD間。混波器140耦接低雜訊放大器110的第一及第二差動輸出端LNAout_n、LNAout_p。混波器140具有第一差動對150以及第二差動對160。第一差動對150及第二差動對160的共同端分別耦接第一差動輸出端LNAout_n及第二差動輸出端LNAout_p。第一差動對150及第二差動對160共同接收一差動信號組,其中差動信號組包括第一信號LOP、第二信號LON。
更清楚來說,低雜訊放大器110包括反向放大電路120以及單端轉雙端放大電路130。反向放大電路120的輸入端耦接單輸入端T1。單端轉雙端放大電路130耦接反向放大電路120的輸出端INVout,並耦接第一差動輸出端LNAout_n以及第二差動輸出端LNAout_p。
再者,反向放大電路120包括第一電晶體M1、第二電晶體M2以及第一電容C1。第一電晶體M1、第二電晶體M2各具有第一端、第二端以及控制端。第一電晶體M1的第一端耦接操作電壓接收端VDD。第一電晶體M1的第二端耦接反向放大電路120的輸出端INVout。第二電晶體M2的控制端耦接第一電晶體M1的控制端。第二電晶體M2的第一端耦接第一電晶體M1的第二端。第二電晶體M2的第二端耦接接地電壓端VSS。第一電容C1串接在單輸入端T1、第一電晶體M1的控制端以及該第二電晶體M2的控制端間,其中,電容C1可濾除射頻輸入信號RFin的直流成分。
於本實施例中,第一電感L1以及第二電感L2設置在單端轉雙端放大電路130中。且單端轉雙端放大電路130還包括第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體M6以及第二電容C2。第三至第六電晶體M3~M6各具有第一端、第二端以及控制端。第三電晶體M3的控制端耦接固定電壓端Vconst。請注意,此固定電壓端Vconst所供應的電壓不為零電壓(接地電壓)。第三電晶體M3的第一端耦接第一差動輸出端LNAout_n。第四電晶體M4的控制端耦接第三電晶體M3的第二端。第四電晶體M4的第一端耦接第二差動輸出端LNAout_p。第五電晶體M5的控制端耦接反向放大電路120的輸出端INVout。第五電晶體M5的第一端耦接第三電晶體M3的第二端。第六電晶體M6的控制端耦接固定電壓端Vconst。第六電晶體M6的第一端耦接第四電晶體M4的第二端。第六電晶體M6的第二端耦接固定電壓端VSS。第二電容C2耦接於第三電晶體M3及第五電晶體M5的耦接端點與第四電晶體M4的控制端之間。
另外,單端轉雙端放大電路130還包括第三電容C3、第四電容C4。第三電容C3串接在第三電晶體M3的控制端與接地電壓端VSS之間,或是第三電容C3串接在第三電晶體M3的控制端與操作電壓接收端VDD之間;而第四電容C4串接在第四電晶體M4與第六電晶體M6的耦接端點與固定電壓端VSS之間,或是第四電容C4串接在第四電晶體M4與第六電晶體M6的耦接端點與操作電壓接收端VDD之間。
現在將說明混波器140的細部電路。混波器140中的第一差動對150包括第一差動電晶體DM1以及第二差動電晶體DM2。第一差動電晶體DM1與第二差動電晶體DM2各具有第一端、第二端以及控制端。第一差動電晶體DM1的控制端接收差動信號組的第一信號LOP。第一差動電晶體DM1的第一端耦接第一差動輸出端LNAout_n。第一差動電晶體DM1的第二端耦接第一混波輸出端Output_n。第二差動電晶體DM2的控制端接收差動信號組的第二信號LON。第二差動電晶體DM2的第一端耦接第一差動輸出端LNAout_n。第二差動電晶體DM2的第二端耦接第二混波輸出端Output_p,其中,第一信號LOP與第二信號LON互為差動信號。在本實施例中,第一信號LOP與第二信號LON為相位互補的信號。
混波器140中的第二差動對160包括第三差動電晶體DM3以及第四差動電晶體DM4。第三差動電晶體DM3與第四差動電晶體DM4各具有第一端、第二端以及控制端。第三差動電晶體DM3的控制端接收差動信號組的第二信號LON。第三差動電晶體DM3的第一端耦接第二差動輸出端LNAout_p。第三差動電晶體DM3的第二端耦接第一混波輸出端Output_n。第四差動電晶體DM4的控制端接收差動信號組的第一信號LOP。第四差動電晶體DM4的第一端耦接第二差動輸出端LNAout_p。第四差動電晶體DM4的第二端耦接第二混波輸出端Output_p。
於本實施例中,混波器140還可包括第一負載155以及第二負載165。第一負載155耦接於第一混波輸出端Output_n與接地電壓端VSS間。第二負載165耦接於第二混波輸出端Output_p與接地電壓端VSS間。
圖2是依照本發明另一實施例之射頻信號接收裝置的電路圖。請參閱圖2。射頻信號接收裝置200的架構基本上相同於射頻信號接收裝置200,不同之處在於,第一負載155可包括第五電容C5以及第一電阻R1,而第二負載165包括第六電容C6以及第二電阻R2。第五電容C5耦接於第一混波輸出端Output_n與接地電壓端VSS間,第一電阻R1並聯於該第五電容C5。類似地,第六電容C6耦接於第二混波輸出端Output_p與接地電壓端VSS間,第二電阻R2並聯於該第六電容C6。
值得注意的是,在本發明實施例中,第一電感L1透過第一差動輸出端LNAout_n耦接至第一差動對150的共同端,並且,第二電感L2透過第二差動輸出端LNAout_p耦接至第二差動對160的共同端。也就是說,低雜訊放大器110以及混波器140間是以所謂的直流耦接(DC coupled)的方式相連接的,如此一來,低雜訊放大器110以及混波器140間不需另外設置電容元件。並且,透過低雜訊放大器110以及混波器140間的寄生電容,配合第一及第二電感L1及L2所進行的共振動作,可以有效降低閃爍雜訊的產生,提升射頻信號接收裝置的效能。
此外,本發明實施例的混波器140係利用所謂的吉伯特胞(Gilbert-cell)的混波器電路架構來建構,其具有低功率消耗以及高線性度。這種混波器140還可以提供基本增益來進行對雜訊壓縮。
綜上所述,本發明透過低雜訊放大器以直流耦合的方式與混波器進行連接。藉由低雜訊放大器上的電感與混波器上寄生電容的共振現象,可以有效降低閃爍雜訊。本發明不需要在低雜訊放大器與混波器間放置實體電容,有效降低電路面積。本發明不需要在混波器中配置電壓對電流轉換器,可有效減少線性度的限制及功率消耗。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200...射頻信號接收裝置
110...低雜訊放大器
120...反向放大電路
130...單端轉雙端放大電路
140...混波器
150...第一差動對
155...第一負載
160...第二差動對
165...第二負載
C1...第一電容
C2...第二電容
C3...第三電容
C4...第四電容
C5...第五電容
C6...第六電容
DM1...第一差動電晶體
DM2...第二差動電晶體
DM3...第三差動電晶體
DM4...第四差動電晶體
INVout...反向放大電路的輸出端
LNAout_n...第一差動輸出端
LNAout_p...第二差動輸出端
LOP...差動信號組的第一信號
LON...差動信號組的第二信號
L1...第一電感
L2...第二電感
M1...第一電晶體
M2...第二電晶體
M3...第三電晶體
M4...第四電晶體
M5...第五電晶體
M6...第六電晶體
Output_n...第一混波輸出端
Output_p...第二混波輸出端
RFin...射頻輸入信號
R1...第一電阻
R2...第二電阻
T1...單輸入端
Vconst...固定電壓端
VDD...操作電壓接收端
VSS...接地電壓端
圖1是依照本發明一實施例之射頻信號接收裝置的電路圖。
圖2是依照本發明另一實施例之射頻信號接收裝置的電路圖。
100...射頻信號接收裝置
110...低雜訊放大器
120...反向放大電路
130...單端轉雙端放大電路
140...混波器
150...第一差動對
155...第一負載
160...第二差動對
165...第二負載
C1...第一電容
C2...第二電容
C3...第三電容
C4...第四電容
DM1...第一差動電晶體
DM2...第二差動電晶體
DM3...第三差動電晶體
DM4...第四差動電晶體
INVout...反向放大電路的輸出端
LNAout_n...第一差動輸出端
LNAout_p...第二差動輸出端
LOP...差動信號組的第一信號
LON...差動信號組的第二信號
L1...第一電感
L2...第二電感
M1...第一電晶體
M2...第二電晶體
M3...第三電晶體
M4...第四電晶體
M5...第五電晶體
M6...第六電晶體
Output_n...第一混波輸出端
Output_p...第二混波輸出端
RFin...射頻輸入信號
T1...單輸入端
Vconst...固定電壓端
VDD...操作電壓接收端
VSS...接地電壓端
Claims (9)
- 一種射頻信號接收裝置,包括:一低雜訊放大器,具有一單輸入端以及一第一差動輸出端以及一第二差動輸出端,該單輸入端接收一射頻輸入信號,該低雜訊放大器包括:一第一電感,串接在該第一差動輸出端以及一操作電壓接收端間;一第二電感,串接在該第二差動輸出端以及該操作電壓接收端間;一反向放大電路,該反向放大電路的輸入端耦接該單輸入端;以及一單端轉雙端放大電路,耦接該反向放大電路的輸出端,並耦接該第一差動輸出端以及該第二差動輸出端;以及一混波器,耦接該低雜訊放大器的該第一及該第二差動輸出端,該混波器具有一第一差動對以及一第二差動對,該第一及該第二差動對的共同端分別耦接該第一及該第二差動輸出端,該第一及該第二差動對共同接收一差動信號組。
- 如申請專利範圍第1項所述之射頻信號接收裝置,其中該反向放大電路包括:一第一電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其第一端耦接該操作電壓接收端,其第二端耦接該反向放大電路的輸出端; 一第二電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端耦接該第一電晶體的控制端,該第二電晶體的第一端耦接該第一電晶體的第二端,該第二電晶體的第二端耦接一接地電壓端;以及一第一電容,串接在該單輸入端以及該第一及該第二電晶體的控制端間。
- 如申請專利範圍第1項所述之射頻信號接收裝置,其中該第一電感以及該第二電感設置在該單端轉雙端放大電路中,且該單端轉雙端放大電路更包括:一第三電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端耦接一固定電壓端,其第一端耦接該第一差動輸出端;一第四電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端耦接該第三電晶體的第二端,該第四電晶體的第一端耦接該第二差動輸出端;一第五電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端耦接該反向放大電路的輸出端,該第五電晶體的第一端耦接該第三電晶體的第二端;一第六電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端耦接該固定電壓端,該第六電晶體的第一端耦接該第四電晶體的第二端,該第六電晶體的第二端耦接該接地電壓端;以及一第二電容,耦接於該第三及該第五電晶體的耦接端點與該第四電晶體的控制端之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之射頻信號接收裝置,其中該單端轉雙端放大電路更包括:一第三電容,串接在該第三電晶體的控制端與該接地電壓端之間,或是該第三電容串接在該第三電晶體的控制端與該操作電壓接收端之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之射頻信號接收裝置,其中該單端轉雙端放大電路更包括:一第四電容,串接在該第四電晶體與該第六電晶體的耦接端點與該接地電壓端之間,或是該第四電容串接在該第四電晶體與該第六電晶體的耦接端點與該操作電壓接收端之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之射頻信號接收裝置,其中該混波器中的該第一差動對包括:一第一差動電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端接收該差動信號組的第一信號,該第一差動電晶體的第一端耦接該第一差動輸出端,該第一差動電晶體的第二端耦接一第一混波輸出端;以及一第二差動電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端接收該差動信號組的第二信號,該第二差動電晶體的第一端耦接該第一差動輸出端,該第二差動電晶體的第二端耦接一第二混波輸出端;以及該混波器的該第二差動對包括:一第三差動電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端接收該差動信號組的第二信號,該第三差動 電晶體的第一端耦接該第二差動輸出端,該第三差動電晶體的第二端耦接該第一混波輸出端;以及一第四差動電晶體,具有第一端、第二端以及控制端,其控制端接收該差動信號組的第一信號,該第四差動電晶體的第一端耦接該第二差動輸出端,該第四差動電晶體的第二端耦接該第二混波輸出端。
- 如申請專利範圍第6項所述之射頻信號接收裝置,其中該混波器更包括:一第一負載,耦接於該第一混波輸出端與一接地電壓端間;以及一第二負載,耦接於該第二混波輸出端與該接地電壓端間。
- 如申請專利範圍第7項所述之射頻信號接收裝置,其中該第一負載包括:一第五電容,耦接於該第一混波輸出端與該接地電壓端間;以及一第一電阻,與該第五電容並聯耦接。
- 如申請專利範圍第7項所述之射頻信號接收裝置,其中該第二負載包括:一第六電容,耦接於該第二混波輸出端與該接地電壓端間;以及一第二電阻,與該第六電容並聯耦接。
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