[发明专利]一种噪声消除宽带射频接收前端

说明书

技术领域

本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种宽带射频接收前端设计技术。

背景技术

软件无线电源于军事领域对通信系统灵活性的特殊需要。1994年，在美国国防部高级研究项目局的主持下，世界首个军用软件无线电系统SPEAKeasy进行了第一阶段的展示。进而，该项目的第二阶段也完成了15种军用无线电系统的软件实现。SPEAKeasy的进展直接催化出了软件无线电论坛MMITS(modular multifunction information transfer systems)的成立及其日益活跃，也直接促进了软件无线电在民用通信领域的应用研究。

软件无线电技术，在民用市场也促使无线通信的发展经历了由固定到移动，由模拟到数字，由硬件到软件的三次变革。与传统无线电系统相比，软件无线电系统的A/D、D/A变换移到了中频，并尽可能靠近射频端，对整个系统频带进行采样。而且,软件无线电以可编程力强的DSP器件代替专用数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并对工作频率、系统带宽、调制方式、信源编码等进行编程控制，系统灵活性大为增强。对应地，该技术对宽带射频收发技术的研发变得日益迫切。同时注意到伴随着CMOS工艺的等比例缩减，CMOS晶体管的线性度却由于电源电压递减和迁移率的退化而恶化。

随着射频集成电路工作频率越来越高，在高速和低压低功耗的应用环境中，传统的电压模式电路设计方法已不能很好地应对电路信号的处理，非线性等缺点逐渐暴露出来。而以电流为信号变量表征载体的电流模式电路可以解决电压模式电路在速度、带宽、低压、低功耗方面的瓶颈。近年来，电流模式电路在模拟/混合信号处理中的潜在优势正逐渐被挖掘，并快速推动基于电流域工作的电路设计技术的发展。目前，在射频集成电路领域以电流模式工作的电路比较有代表性的如电流镜式低噪声放大器，电流换向型混频器等。

近年来，注意到以低噪声跨导器、电流换向型无源混频器、带滤波功能的基带放大器为基本组成单元的射频接收前端，以良好的噪声、线性特性引发了学术界和产业界的广泛研发投入。如图1所示，该跨导器位于接收链路的第一级，其噪声至关重要，所以在宽带内的噪声优化问题成为了宽带接收技术的首要难点。面向如是的射频接收前端架构，对其中的低噪声跨导器的研发普遍借鉴了低噪声放大器的设计技术。典型代表如图2所示，为德州农工大学使用噪声消除技术设计的基于电压域放大的低噪声跨导器(H.M.Geddada,et.al.,“Wide-band inductorless low-noise transconductance amp lifiers with high large-signal linearity,” IEEE trans.microwave theory and techn.,vol.62,no.7,2014)。该研究取得了优越的噪声性能，以及良好的线性特性。但是该电路结构存在较多的电压-电流转换，制约了其线性性能。我们也注意到澳门大学的研究者直接使用电阻反馈的NMOS、PMOS反相器结构作为跨导器(Zhicheng Lin；Pui-In Mak；Martins,1.4-mW 59.4-dB-SFDR 2.4-GHz ZigBee/WPAN Receiver Exploiting a“Split-LNTA+50％LO”Topology in 65-nm CMOS，IEEE trans.microwave theory and techn.,Volume:62,Issue:7.2014)。注意到此结构存在输入匹配和噪声的紧密相关关系，使得两个性能之间很难同时满足设计需求。

另一方面，加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员提出了一种噪声消除结构的接收机，如图3所示，该结构不同于图1所示的结构。在借鉴噪声消除原理的基础上，该电路结构通过采用两路的混频，基带滤波放大，在基带输出端口实现射频输入端的噪声消除。对应地，图示中的跨导器也是基于反相器原理实现，不具有图2结构的噪声消除功能。为了取得好的频谱特性，该电路使用过采样技术，搭建多路的混频、基带放大通道，增加了硬件开销和技术难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够获得低噪声指数、高线性、又具有低功耗的宽带射频接收前端电路。如图4所示，本发明提出了一种基于电流模式的噪声消除宽带射频接收前端原理框图。核心单元如框图内阴影部分所示，它的噪声消除特性使得该电路具有良好的噪声性能。电流域放大使之兼有良好的线性度。负阻技术和电流复用技术，更节约了电路功耗。