TWI508467B - 一種提高接收機動態範圍電路、收發機及ＮｘＮ ＷＬＡＮ射頻收發機前端電路 - Google Patents

一種提高接收機動態範圍電路、收發機及ＮｘＮ ＷＬＡＮ射頻收發機前端電路 Download PDF

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一種提高接收機動態範圍電路、收發機及NxN WLAN射頻收發機前端電路
本發明係與無線通訊領域有關，特別是關於一種提高接收機動態範圍的電路、含有該電路的收發機，以及NxN WLAN射頻收發機前端電路。
無線區域網路(Wireless Local Area Network,WLAN)收發機主要用於處理天線所接收的訊號，將接收到的射頻訊號降頻為適合類比電路處理的基頻訊號。靈敏度、選擇性、動態範圍等都是衡量接收機性能好壞的因素。其中，若接收機有良好的動態範圍，可使系統接收訊號強弱有更大的操作範圍。
為了達成高動態範圍的特性，現有的接收機透過控制訊號來切換開關達成衰減量的控制，當訊號強度太大時，就切換到衰減量大的接收鏈路的旁通模式，從而將訊號適當衰減讓訊號落于正常的動態範圍區間內，增強接收能力。
接收鏈路Rx的旁通電路的設計在於使用高衰減量的電路將 接收到的訊號作衰減，再導入後級的電路做訊號處理，因此在實際應用中會使用額外的單刀雙擲開關(Single Pole Double Throw,SPDT)、單刀三擲開關(Single Pole Triple Throw,SP3T)以及高衰減量網路High Attenuation Networking來達成目的，如第1圖及第2圖所示，係現有技術中提高動態範圍的電路示意圖，但這種多輸入多輸出的電路架構方式卻會增加電路的複雜度，不利系統整合。比如在NxN WLAN射頻收發機前端中，如果每一條接收鏈路Rx採用具備接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass的功能射頻模組，將會使整個電路架構相當複雜，佔用較大的電路面積，增加製造成本。
此外，第2圖中的架構由於接收鏈路Rx的旁通模式與接收鏈 路Rx的正常模式共用低雜訊放大器(Low-Noise Amplifier,LNA)，造成功耗上的浪費，若接收訊號過大則低雜訊放大器LNA會飽和失真，最後影響整體接收訊號的品質。
針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種提高接收機 動態範圍電路，通過接收鏈路的旁通模式控制訊號控制可變電壓控制器輸出低電壓準位來調整低雜訊放大器的增益，從而達到提高動態範圍的目的。
為了達到上述目的，本發明提供了一種提高接收機動態範圍 電路，其中，接收機的接收鏈路包括一低雜訊放大器，所述提高接收機動態範圍電路包括一可變電壓控制器，所述可變電壓控制器的供電端連接電源，所述可變電壓控制器的電壓輸出端連接所述低雜訊放大器的供電端， 所述可變電壓控制器受控於一接收鏈路的正常模式控制信號和一接收鏈路的旁通模式控制信號，當所述接收鏈路的正常模式控制信號使能時，所述可變電壓控制器輸出標準電壓準位，所述低雜訊放大器正常工作；當所述接收鏈路的旁通模式控制信號使能時，所述可變電壓控制器輸出低電壓準位來調整所述低雜訊放大器的增益。
進一步優選地，所述可變電壓控制器包括一正常模式供電模 組和一旁通模式供電模組，其中，所述正常模式供電模組的供電端連接電源，所述正常模式供電模組的輸出端即為所述可變電壓控制器的電壓輸出端，所述正常模式供電模組受控於所述接收鏈路的正常模式控制信號，當所述接收鏈路的正常模式控制信號使能時，所述正常模式供電模組輸出標準電壓準位；所述旁通模式供電模組的供電端連接電源，所述旁通模式供電模組的輸出端即為所述可變電壓控制器的電壓輸出端，所述旁通模式供電模組受控於所述接收鏈路的旁通模式控制信號，當所述接收鏈路的旁通模式控制信號使能時，所述旁通模式供電模組輸出低電壓準位。
進一步優選地，所述正常模式供電模組和所述旁通模式供電 模組，分別包括兩組低壓差穩壓器。
可替換地，所述正常模式供電模組包括第一p-MOS、第二 n-MOS和第一電阻，其中，所述第一p-MOS的源極連接電源，所述第一p-MOS的汲極為所述可變電壓控制器的電壓輸出端，所述第一電阻連接在電源和所述第一p-MOS的閘極之間，所述第二n-MOS的汲極與所述第一p-MOS的閘極相連，所述第二n-MOS的閘極連接所述接收鏈路的正常模式控制信號，所述第二n-MOS的源極接地；所述旁通模式供電模組包括第三 p-MOS、第四n-MOS、第五電阻和第三電阻，其中，所述第五電阻連接在電源和所述第三p-MOS的源極之間，所述第三電阻連接在電源和所述第三p-MOS的閘極之間，所述第三p-MOS的汲極為所述可變電壓控制器的電壓輸出端，所述第四n-MOS的汲極與所述第三p-MOS的閘極相連，所述第四n-MOS的閘極連接所述接收鏈路的旁通模式控制信號，所述第四n-MOS Q4的源極接地。
本發明還提供了一種收發機，包括一接收鏈路、一發射鏈 路，和上述提高接收機動態範圍電路，其中，所述接收鏈路和所述發射鏈路分別對應連接一單刀雙擲開關的兩個獨立埠，所述單刀雙擲開關的公共埠與一天線相連接，所述接收鏈路包括一個低雜訊放大器，該低雜訊放大器的供電端連接所述提高接收機動態範圍電路中的該可變電壓控制器的電壓輸出端。
本發明還提供了一種NxN WLAN射頻收發機前端電路，包 括N組接收鏈路和發射鏈路，以及上述提高接收機動態範圍電路，其中，每一組接收鏈路和發射鏈路分別對應連接一單刀雙擲開關的兩個獨立埠，所述單刀雙擲開關的公共埠與一天線相連接，每個所述接收鏈路包括一個低雜訊放大器，所述N個低雜訊放大器的供電端均連接於所述提高接收機動態範圍電路中的該可變電壓控制器的電壓輸出端。
本發明的效果在於：本發明通過接收鏈路的正常模式控制信號和接收鏈路的旁通模式控制訊號控制可變電壓控制器的輸出電壓，從而控制低雜訊放大器的供電電壓，當需要工作在接收鏈路的旁通模式時，接收鏈路的旁通模式 控制訊號控制可變電壓控制器輸出低電壓準位來調整低雜訊放大器的增益；本發明通過控制低雜訊放大器的增益，將接收鏈路的旁通路徑整合至低雜訊放大器的同一個路徑上，讓接收鏈路的正常模式與旁通模式共用同一組接收鏈路，可避免信號的衰減損耗、簡化電路結構，避免使用複雜的衰減網路，節省電路面積及製造成本；本發明所提供的一組提高接收機動態範圍電路可以支援多鏈路的接收鏈路的旁通模式，大幅降低了系統電路的複雜度，縮小了射頻前端模組的電路面積，並降低了製造成本。
Rx‧‧‧接收鏈路
Tx‧‧‧發射鏈路
LNA‧‧‧低雜訊放大器
AVC‧‧‧可變電壓控制器
VDD‧‧‧電源
Vout‧‧‧電壓輸出端
Rx/En‧‧‧正常模式控制信號
Rx/Bypass‧‧‧旁通模式控制信號
NVS‧‧‧正常模式供電模組
LVS‧‧‧旁通模式供電模組
LDO‧‧‧低壓差穩壓器
Q1 ‧‧‧第一p-MOS
Q2 ‧‧‧第二n-MOS
Q3 ‧‧‧第三p-MOS
Q4 ‧‧‧第四n-MOS
R1 ‧‧‧第一電阻
R3 ‧‧‧第三電阻
R5 ‧‧‧第五電阻
Von1 ,Von3 ,VSD1 ,VSD3 ,Vdrop ‧‧‧電壓
IBypass ‧‧‧電流
SPDT‧‧‧單刀雙擲開關
SP3T‧‧‧單刀三擲開關
Ant‧‧‧天線
第1圖和第2圖係現有技術中提高動態範圍的電路示意圖。
第3圖係具有本發明的收發機的示意圖。
第4圖係本發明實施例的電路示意圖。
第5圖係本發明最佳實施例的電路示意圖。
第6圖係具有本發明的NxN WLAN射頻收發機前端電路的示意圖。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
本發明提供了一種提高接收機動態範圍電路，其中，接收機的接收鏈路Rx包括一低雜訊放大器(Low-Noise Amplifier,LNA)。請參考第3圖及第4圖，第3圖係具有本發明的收發機的示意圖，第4圖係本發明實施例的電路示意圖，所述提高接收機動態範圍電路包括一可變電壓控制器 (Available Voltage Controller,AVC)，其供電端連接電源VDD，電壓輸出端Vout連接低雜訊放大器LNA的供電端，用於給低雜訊放大器LNA供電。所述可變電壓控制器AVC受控於一接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En和一接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass，當接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En使能時，可變電壓控制器AVC輸出標準電壓準位，低雜訊放大器LNA正常工作；當接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass使能時，可變電壓控制器AVC輸出低電壓準位來調整低雜訊放大器LNA的增益。
進一步地，如第4圖所示，所述可變電壓控制器AVC包括一 正常模式供電模組(Normal Voltage Supply,NVS)，和一旁通模式供電模組(Low Voltage Supply,LVS)。
所述正常模式供電模組NVS的供電端連接電源VDD，輸出 端即為可變電壓控制器AVC的電壓輸出端Vout，所述正常模式供電模組NVS受控于接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En，當接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En使能時，所述正常模式供電模組NVS輸出標準電壓準位，即可變電壓控制器AVC輸出標準電壓準位，低雜訊放大器LNA正常工作。
所述旁通模式供電模組LVS的供電端連接電源VDD，輸出端 即為可變電壓控制器AVC的電壓輸出端Vout，所述旁通模式供電模組LVS受控于接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass，當接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass使能時，所述旁通模式供電模組LVS輸出低電壓準位，即可變電壓控制器AVC輸出低電壓準位來調整低雜訊放大器LNA的增益。
所述正常模式供電模組NVS和所述旁通模式供電模組LVS，可以分別由兩組低壓差穩壓器(Low Drop-Out regulator，LDO)來實 現，即分別包括兩組低壓差穩壓器LDO。
較佳地，請參考第5圖，係本發明最佳實施例的電路示意圖， 所述正常模式供電模組NVS包括第一p-MOS Q1 、第二n-MOS Q2 和第一電阻R1 。第一p-MOS Q1 的源極連接電源VDD，汲極為可變電壓控制器AVC的電壓輸出端Vout，第一電阻R1 連接在電源VDD和第一p-MOS Q1 的閘極之間，其中，第一p-MOS Q1 閘極的電壓為Von1 ，第一p-MOS Q1 源極與汲極間的電壓為VSD1 。第二n-MOS Q2 的汲極與第一p-MOS Q1 的閘極相連，第二n-MOS Q2 的閘極連接接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En，第二n-MOS Q2 的源極接地。
所述旁通模式供電模組LVS包括第三p-MOS Q3 、第四 n-MOS Q4 、第五電阻R5 和第三電阻R3 。第五電阻R5 連接在電源VDD和第三p-MOS Q3 的源極之間，第三電阻R3 連接在電源VDD和第三p-MOS Q3 的閘極之間，第三p-MOS Q3 的汲極為可變電壓控制器AVC的電壓輸出端Vout，其中，第五電阻R5 兩端的電壓為Vdrop ，第三p-MOS Q3 閘極的電壓為Von3 ，第三p-MOS Q3 源極與汲極間的電壓為VSD3 ，第三p-MOS Q3 的汲極電流為IBypass 。 第四n-MOS Q4 的汲極與第三p-MOS Q3的閘極相連，第四n-MOS Q4 的閘極連接接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass，第四n-MOS Q4 的源極接地。
當接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En使能時，第二 n-MOS Q2 被導通，第一p-MOS Q1 閘極的電壓Von1 被拉到低電位，此時第一p-MOS Q1 跟著導通，最後可變電壓控制器AVC電壓輸出端Vout的電壓為Vout=VDD-VSD1 (1)
由於第一p-MOS Q1 源極與汲極間的電壓VSD1 很小，因此可 變電壓控制器AVC電壓輸出端Vout的電壓幾乎由電源VDD主宰。因此當切換在接收鏈路Rx的正常模式時，接收鏈路Rx的低雜訊放大器LNA的供電端受到接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En控制，可提供標準電壓，讓低雜訊放大器LNA正常操作。
所述旁通模式供電模組LVS中，在第三p-MOS Q3 的源極串接第五電阻R5 ，其主要目的在於提供一跨阻電壓，用來降低可變電壓控制器AVC電壓輸出端Vout的電壓，其關係式如下Vout=VDD-Vdrop -VSD3 (2)
Vdrop =IBypass R5 (3)
其中第五電阻R5 兩端的電壓Vdrop 可以透過調整第五電阻R5 來改變，提高第五電阻R5 的電阻值可降低可變電壓控制器AVC電壓輸出端Vout的電壓。當操作在接收鏈路Rx的旁通模態時，接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En為關閉狀態，正常模式供電模組NVS無動作，同時接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass使能，旁通模式供電模組LVS輸出低電壓來降低低雜訊放大器LNA的增益，達到衰減接收訊號的目的。
第5圖所示的實施例使用同一組電壓源來達到可變電壓的效果，並依接收鏈路Rx的正常模式控制信號Rx/En和接收鏈路Rx的旁通模式控制信號Rx/Bypass的使能與否來決定可變電壓控制器AVC所輸出的電壓。
第3圖所示是具有上述提高接收機動態範圍電路的收發機。該收發機包括一接收鏈路Rx和一發射鏈路Tx，接收鏈路Rx和發射鏈路Tx分別對應連接一單刀雙擲開關SPDT的兩個獨立埠，而所述單刀雙擲開關SPDT 的公共埠與一天線Ant相連接。所述接收鏈路Rx包括一個低雜訊放大器LNA，請同時參考第4圖，該低雜訊放大器LNA的供電端連接所述提高接收機動態範圍電路中的可變電壓控制器AVC的電壓輸出端Vout。
本發明所提供的提高接收機動態範圍電路可以讓接收鏈路 Rx的正常模式與接收鏈路Rx的旁通模式共用同一組接收鏈路Rx，降低了系統電路的複雜度。除此之外，所述提高接收機動態範圍電路還可以套用至多個接收鏈路Rx。
第6圖所示係具有本發明的NxN WLAN射頻收發機前端電 路的示意圖，其中，NxN WLAN射頻收發機前端電路包括N組接收鏈路Rx和發射鏈路Tx，每一組接收鏈路Rx和發射鏈路Tx分別對應連接一單刀雙擲開關SPDT的兩個獨立埠，而該單刀雙擲開關SPDT的公共埠與一天線Ant相連接。每個接收鏈路Rx包括一個低雜訊放大器LNA，同理，請同時參考第4圖，所述N個低雜訊放大器LNA的供電端均連接於所述提高接收機動態範圍電路中的可變電壓控制器AVC的電壓輸出端Vout。
本發明所提供的一組提高接收機動態範圍電路可以支援多 鏈路的接收鏈路Rx的旁通模式，大幅降低了系統電路的複雜度，縮小了射頻前端模組的電路面積，並降低了製造成本。
需要注意的是，以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式僅限於此，在本發明的上述指導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種等效修飾和變形，而這些等效修飾或者變形落在本發明的申請專利範圍內。
Q1 ‧‧‧第一p-MOS
Q2 ‧‧‧第二n-MOS
Q3 ‧‧‧第三p-MOS
Q4 ‧‧‧第四n-MOS
R1 ‧‧‧第一電阻
R3 ‧‧‧第三電阻
R5 ‧‧‧第五電阻
VDD‧‧‧電源
Vout‧‧‧電壓輸出端
NVS‧‧‧正常模式供電模組
LVS‧‧‧旁通模式供電模組
Von1 ,Von3 ,VSD1 ,VSD3 ,Vdrop ‧‧‧電壓
IBypass ‧‧‧電流

Claims (5)

  1. 一種提高接收機動態範圍電路，其中，所述接收機的接收鏈路包括一低雜訊放大器，所述提高接收機動態範圍電路包括一可變電壓控制器，所述可變電壓控制器包括一正常模式供電模組和一旁通模式供電模組，所述正常模式供電模組和所述旁通模式供電模組的供電端連接電源，所述正常模式供電模組和所述旁通模式供電模組的輸出端連接所述低雜訊放大器的供電端，其中，所述正常模式供電模組和所述旁通模式供電模組分別受控於一接收鏈路的正常模式控制信號和一接收鏈路的旁通模式控制信號，當所述接收鏈路的正常模式控制信號使能時，所述正常模式供電模組輸出標準電壓準位，所述低雜訊放大器正常工作；當所述接收鏈路的旁通模式控制信號使能時，所述旁通模式供電模組輸出低電壓準位來調整所述低雜訊放大器的增益。
  2. 如申請專利範圍第1項之提高接收機動態範圍電路，所述正常模式供電模組和所述旁通模式供電模組，分別包括兩組低壓差穩壓器。
  3. 如申請專利範圍第1項之提高接收機動態範圍電路，所述正常模式供電模組包括第一p-MOS、第二n-MOS和第一電阻，其中，所述第一p-MOS的源極連接電源，所述第一p-MOS的汲極為所述正常模式供電模組的輸出端，所述第一電阻連接在電源和所述第一p-MOS的閘極之間，所述第二n-MOS的汲極與所述第一p-MOS的閘極相連，所述第二n-MOS的閘極連接所述接收鏈路的正常模式控制信號，所述第二n-MOS的源極接地；所述旁通模式供電模組包括第三p-MOS、第四n-MOS、第五電阻和第三電阻，其中，所述第五電阻連接在電源和所述第三p-MOS的源極之間，所述第三電阻連接在電源和所述第三p-MOS的閘極之間，所述第三p-MOS的汲極為所述旁通模式供電模組的輸出端，所述第四 n-MOS的汲極與所述第三p-MOS的閘極相連，所述第四n-MOS的閘極連接所述接收鏈路的旁通模式控制信號，所述第四n-MOS Q4的源極接地。
  4. 一種收發機，包括一接收鏈路、一發射鏈路，以及申請專利範圍第1-3項任一申請專利範圍所述的提高接收機動態範圍電路，其中，所述接收鏈路和所述發射鏈路分別對應連接一單刀雙擲開關的兩個獨立埠，所述單刀雙擲開關的公共埠與一天線相連接，所述接收鏈路包括一個低雜訊放大器，該低雜訊放大器的供電端連接所述提高接收機動態範圍電路中的所述正常模式供電模組和所述旁通模式供電模組的輸出端。
  5. 一種NxN WLAN射頻收發機前端電路，包括N組接收鏈路和發射鏈路，以及申請專利範圍第1-3項任一申請專利範圍所述的提高接收機動態範圍電路，其中，每一組所述接收鏈路和發射鏈路分別對應連接一單刀雙擲開關的兩個獨立埠，所述單刀雙擲開關的公共埠與一天線相連接，每一組所述接收鏈路和發射鏈路之每個接收鏈路包括一個低雜訊放大器，每個所述低雜訊放大器的供電端均連接於所述提高接收機動態範圍電路中的所述正常模式供電模組和所述旁通模式供電模組的輸出端。
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