[发明专利]电流复用相控阵接收机

说明书

本发明公开的电流复用相控阵接收机，根据移相功能实现所处频段不同分为射频移相和中频移相电流复用相控阵接收机。在射频移相电流复用相控阵接收机中，电源提供的直流电流由电源正端流经电流转电压模块、混频器模块、可变增益放大器模块、正交产生电路模块、低噪声放大器模块最后到地，在各个模块中进行了复用；在中频移相电流复用相控阵接收机中，直流电流在电流转电压模块、可变增益放大器模块、混频器模块和低噪声放大器模块中进行了复用。本发明通过在多通道相控阵接收机中进行电流复用，减少跨导、跨阻单元的使用，简化了电路结构，降低了接收机的复杂度；此外，各个模块没有独立的静态电流，因此功耗低，随着通道数量的增加，优势愈加明显。

技术领域

本发明涉及电流复用相控阵接收机，属于微电子与固体电子学技术以及模拟集成电路技术领域。

背景技术

相控阵起先主要用于航天以及雷达领域，随着低成本微波技术的发展，相控阵的用途变得多元化，相控阵的使用变得日益普遍。各种波束成型技术被开发出来并投入使用。模拟波束成型主要通过相控阵发射机、相控阵接收机及信号处理模块来实现。相控阵接收机用于处理由天线接收的电磁信号，进行放大、变频、滤波，通常由以下几个部分构成：低噪声放大器、移相器、混频器、模拟基带。

相控阵接收机主要通过矢量合成的方式来实现移相，根据移相功能实现所处频段的不同，可以分为射频移相与中频移相。对于射频移相的相控阵接收机(Kwang-Jin Koh,etal.“An X-and Ku-Band 8-Element Phased-Array Receiver in0.18-um SiGe BiCMOSTechnology”,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.43,NO.6,JUNE 2008.参考文献1)，天线接收的信号通过低噪声放大器放大，再通过正交产生电路产生两路正交的输出信号，再分经过可变增益放大器进行加权，两路信号合成后再通过混频器转换到中频，最后由模拟基带进行放大滤波；对于中频移相的相控阵接收机(Maryam Tabesh,et al.“A 65nmCMOS 4-Element Sub-34mW/Element 60GHz Phased-Array Transceiver”,IEEE JOURNALOF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.46,NO.12,DECEMBER 2011.参考文献2)，天线接收的信号通过低噪声放大器放大，直接送入混频器，由复混频提供两路正交的输出信号，两路信号分别进行加权后合成移相后的两路正交信号，最后由模拟基带进行放大滤波。然而，无论是对于射频移相相控阵接收机还是中频移相相控阵接收机，目前的设计中，由天线接收的信号在接收机各个模块的处理过程中，主要是以电压的形式进行处理，由于多路电压信号无法直接合成，需要增加一级电路将电压转换成电流来实现多路信号的合成，从而增加了接收机的复杂度；此外，接收机的各个模块有独立的静态电流，功耗大，随着接收机通道数目的增加，功耗问题将更加突出。

以参考文献1的相控阵接收机芯片为例，射频移相相控阵接收机包含8个通道，使用了两个4路合成1路的合成器以及一个2路合成1路的合成器，将8路电压信号转换成电流信号后合成为1路。以参考文献2的相控阵收发机芯片为例，中频移相接收机包含4个通道，每一通道中的低噪声放大器、混频器、移相器均有独立的静态电流，功耗较大。随着接收机通道数的增加，功耗将会成为制约接收机通道数量的关键瓶颈。