[发明专利]一种低功耗无线接收机射频前端电路

说明书

技术领域

本发明属于射频无线接收机集成电路技术领域，具体涉及一种应用于无线接收机集成电路中射频前端电路(RF Front-end)。可用于宽带无线网络以及高速无线数据传输等技术标准的射频信号接收机芯片，如WiMax和UWB等。

背景技术

随着通信和半导体技术的发展，各种移动通信系统和无线数据传输技术迅速发展，它们中的代表有GSM、CDMA和Bluetooth以及WiFi等，特别是近几年3G、IEEE802.11a/b/g、WiMax和UWB超宽带技术等高数据率无线传输技术不断涌现，对高性能的射频信号接收机提出了很高的要求。由于移动通信和无线数据传输技术的载波频率较高，部分技术中采用的信号带宽非常大，无线射频接收机接收放大处于很高频率或者很大带宽的无线信号放大并进行数字化信号处理。同时，移动通信或者无线技术绝大部分应用在手持终端上，这就要求手持终端的信号接收和发射设备必须尽可能降低功耗以延长工作时间。

射频前端作为无线通信接收机中的主要组成部分之一，其作用就是将天线接收到的微弱信号放大并进行信号的频率搬移。传统射频前端电路中一般将这两个功能分别分配给低噪声放大器(Low Noise Amplifier)和下混频器(Down Conversion Mixer)两部分相互独立。这样做的缺点在于两部分电路互相影响，设计时需要经历单独设计、仿真到相互连接、联合仿真、参数修改的流程，设计难度和周期加大。两部分电路接口设计的困难导致整体电路的功耗、噪声和线性度等性能不能得到充分的优化。

传统宽带射频前端电路的射频输入匹配网络一般由栅极片上电感、电容及其组合的滤波网络与输入共源晶体管及源极电感共同组成，使用的片上电感数目较多，占用芯片面积较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于射频无线接收机的射频前端电路，要求其工作频率范围特性为宽带和超宽带，直流功耗小、电源电压低，噪声系数小同时线性度高。

本发明提供的射频前端电路，其结构如图1所示，该射频前端电路包括输入匹配网络、放大级、桥接变压器和LO开关级以及IF中频负载和电流源偏置集资电路连接组成；其中射频输入匹配网络做天线与放大级之间的阻抗匹配，放大级进行信号的放大，桥接变压器将放大后的信号传递给LO开关级并实现前后级的直流隔离，LO开关级使RF电流信号与LO信号进行混频并在输出差分负载上交替输出中频IF信号。

本发明中，射频输入匹配网络可由片上集成变压器或片上集成变压器与放大级部分元件结合形成的反馈结构实现。可使用的片上变压器结构结构与分类如图2(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)所示。图3给出两种典型设计的单边电路示意图，一种是射频RF信号从片上集成变压器初级输入，再由次级同相端接放大级主放大管栅极，主放大管的源极接反馈电感，漏极接后级负载电路，变压器的其它端口都接交流地(固定偏置电压、差分共模电流偏置管漏极或者地)；另一种是射频RF信号从片上变压器初级一端输入，另一端接放大级主放大管栅极，放大级主放大管源极接变压器次级反相端，次级另一端接交流地，主放大管漏极接后级放大电路。

本发明中，放大级一般为共源接法或者共源共栅连接方式的MOS FET晶体管或者bipolar三极管组合，并可与输入匹配网络元件结合成反馈结构。以共源共栅为例，共源管为主放大管，用以提供较大的跨导；共栅管为辅助放大管，可提供较大的输出阻抗，并提供后级与RF输入端的隔离，避免LO大信号的反向泄漏。

本发明中，桥接变压器为片上集成变压器，其结构与分类如图2(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)所示。所述桥接变压器为片上集成变压器；它的作用是将放大的射频信号从初级耦合到次级，提供给LO开关级进行混频。若放大级为单端结构、LO开关级为单平衡结构，其连接方法如图4(a)所示；若放大级为单端结构、LO开关级为双平衡结构，其连接方法如图4(b)所示；若放大级为差分结构、LO开关级为双平衡结构，其连接方法如图4(c)所示。其中的片上变压器可从线圈中间抽头，提供偏置电压或者偏置电流。

本发明中，LO开关级一般为NMOS FET晶体管或者NPN bipolar三极管，射频信号一般从其共源(射)端输入，LO信号从栅(基)极输入。

中频负载一般为片上电阻、电容、电感或者它们的组合网络，可用于宽带下变频、窄带下变频和上变频以及有特别中频频响要求的电路。其电流源负载为栅极(基极)电压固定的NMOS管或者NPN三极管。

本电路可采用单端结构或全差分结构，可用CMOS、BiCMOS、Bipolar等工艺实现。