專利名稱：一種電流復(fù)用射頻前端電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種電流復(fù)用射頻前端電路。
背景技術(shù)：
隨著信息時(shí)代的人類科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，作為信息獲取最重要和最基本的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過(guò)去的單一化逐漸向集成化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展，結(jié)合各領(lǐng)域前沿技術(shù)、利用現(xiàn)代無(wú)線通信連接手段，一種具備信息綜合和處理能力以及交互式無(wú)線通信的新興傳感器技術(shù)一無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)便由此應(yīng)運(yùn)而生了。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)芯片一個(gè)重要的特點(diǎn)就是微型化和集成化，隨著對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)芯片研究的不斷深入，人們已經(jīng)開始不滿足于僅僅實(shí)現(xiàn)功能，而是對(duì)芯片的成本、集成度、功能方面提出了越來(lái)越迫切的要求。系統(tǒng)芯片所帶來(lái)的單片系統(tǒng)集成芯片解決方案不僅能夠明顯增加集成度、減小芯片體積、提高封裝密度，而且可以有效降低芯片系統(tǒng)的成本和造價(jià)。因此，在當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的芯片設(shè)計(jì)中，人們已經(jīng)越來(lái)越多地依賴系統(tǒng)集成概念來(lái)設(shè)計(jì)相關(guān)電路并開發(fā)新一代的芯片產(chǎn)品。射頻前端電路是每個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)機(jī)與外界通訊必不可少的核心模塊，包括接收鏈路的低噪聲放大器、混頻器和發(fā)射鏈路的功率放大器。射頻前端模塊性能的好壞直接影響這整個(gè)收發(fā)機(jī)的性能。然而在另一方面，射頻前端電路也是整個(gè)收發(fā)機(jī)中最耗功耗的模塊，因此如何實(shí)現(xiàn)超低功耗而又高性能的射頻前端電路是業(yè)界研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種低功耗的電流復(fù)用射頻前端電路。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種電流復(fù)用射頻前端電路，包括低噪聲放大器模塊及混頻器模塊，其中所述低噪聲放大器模塊的信號(hào)輸出端通過(guò)交流耦合電容連接至所述混頻器模塊的信號(hào)輸入端，所述低噪聲放大器模塊的負(fù)載端與所述混頻器模塊相連接，且連接節(jié)點(diǎn)為交流虛地端。優(yōu)選的,所述連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)去稱電容接地。優(yōu)選的，所述低噪聲放大器模塊包括第一晶體管，其漏極為所述低噪聲放大器的信號(hào)輸出端，其柵極和漏極之間連接第一電阻。優(yōu)選的，所述低噪聲放大器模塊的負(fù)載為第二電阻。優(yōu)選的，所述低噪聲放大器模塊包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選的，所述混頻器模塊包括第二晶體管，以及差動(dòng)連接的第三晶體管和第四晶體管；所述第二晶體管的柵極為所述混頻器模塊的信號(hào)輸入端，源極連接所述去耦電容；所述第三晶體管的柵極連接所述混頻器模塊的第一本征信號(hào)輸入端，漏極連接所述混頻器模塊的第一信號(hào)輸出端；所述第四晶體管的柵極連接所述混頻器模塊的第二本征信號(hào)輸入端，漏極連接所述混頻器模塊的第二信號(hào)輸出端；其中所述第一本征信號(hào)和所述第二本征信號(hào)的相位差為180度。優(yōu)選的，所述第三晶體管的漏極和柵極之間連接第五電阻，所述第四晶體管的漏極和柵極之間連接第六電阻。優(yōu)選的，所述混頻器模塊還包括第三電阻和第四電阻，所述第三電阻連接于所述第三晶體管的源極和所述第二晶體管的漏極之間，所述第四電阻連接于所述第四晶體管的源極和所述第二晶體管的漏極之間。優(yōu)選的，所述混頻器模塊還包括第七電阻和第八電阻，所述第三晶體管的漏極經(jīng)所述第七電阻連接至電源，所述第四晶體管的漏極經(jīng)所述第八電阻連接至電源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用低噪聲放大器和混頻器的電流復(fù)用，實(shí)現(xiàn)了用一路電流完成兩個(gè)電路功能的作用，節(jié)省了功耗。此外，低噪聲放大器具有較高增益，信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器處理以后傳遞給混頻器，可以有效減小混頻器噪聲對(duì)整個(gè)射頻前端噪聲的影響。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例電流復(fù)用射頻前端電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例電流復(fù)用射頻前端電路的低噪聲放大器的等效電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

圖1所示為本發(fā)明提出的電流復(fù)用射頻前端電路的結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)電流復(fù)用射頻前端電路由上下兩部分主要模塊組成。上層級(jí)為混頻器模塊，下層級(jí)為低噪聲放大器模塊，兩者連接于中間節(jié)點(diǎn)P，中間節(jié)點(diǎn)P為交流虛地端。下層級(jí)低噪聲放大器模塊LNA由柵極電感L1、源極反饋電感L2、耦合電容Ccouple、跨接電容Cl、第一晶體管Ml、第一電阻R1、負(fù)載電阻R2組成。其中柵極電感L1、率禹合電容Ccouple、跨接電容Cl、源極反饋電感L2構(gòu)成該下層級(jí)低噪聲放大器模塊的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，也即是電流復(fù)用射頻前端電路的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)低噪聲放大器模塊采用源端電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，圖2所示為下層級(jí)低噪聲放大器模塊的等效電路圖，從中推導(dǎo)該低噪聲放大器模塊的輸入匹配條件和噪聲系數(shù)公式，如下所示: ο = (z )c 和足=F=1+[蕾其中ρ =從上式中可以看到，為了實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器模塊LNA輸入端的50 Ω匹配，需要聯(lián)合設(shè)計(jì)柵極電感L1、源端負(fù)反饋電感L2和跨接電容Cl的值。請(qǐng)繼續(xù)參考圖1，低噪聲放大器模塊的第一晶體管Ml為NMOS管，其柵極和漏極之間連接第一電阻R1，可實(shí)現(xiàn)自偏置，從而省略了外接偏置模塊及其功耗。低噪聲放大器模塊的負(fù)載是由負(fù)載電阻R2來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一晶體管Ml的漏極即為低噪聲放大器模塊的信號(hào)輸出端Q。因此，整個(gè)下層級(jí)低噪聲放大器模塊接收射頻輸入信號(hào)RF_IN并將其進(jìn)行放大，最終將放大的信號(hào)通過(guò)信號(hào)輸出端Q傳遞至上層級(jí)混頻器模塊。在本實(shí)施例中，第一晶體管Ml的漏極連接交流耦合電容C2的一端，因此，信號(hào)輸出端Q輸出的信號(hào)通過(guò)交流耦合電容C2上傳至上層級(jí)混頻器模塊。上層級(jí)混頻器模塊包括第二晶體管M2，差動(dòng)連接的第三晶體管M3和第四晶體管M4，均為NMOS管。整個(gè)混頻器采用單平衡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。第二晶體管M2接收來(lái)自低噪聲放大器模塊的信號(hào)，將射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻電流信號(hào)。第二晶體管M2的柵極為混頻器模塊的信號(hào)輸入端，連接交流耦合電容C2的另一端；其源極連接交流虛地端P。第三晶體管M3與第四晶體管M4為混頻器模塊的開關(guān)管，其柵極接收來(lái)自系統(tǒng)鎖相環(huán)的本征信號(hào)，其中第三晶體管M3的柵極連接第一本征信號(hào)輸入端，接收第一本征信號(hào)L0_P ;第四晶體管M4的柵極連接第二本征信號(hào)輸入端，接收第二本征信號(hào)L0_N。本征信號(hào)L0_P與L0_N的相位差為180度，控制第三晶體管M3和第四晶體管M4的開關(guān)狀態(tài)。第三晶體管M3的漏極和第四晶體管M4的漏極分別連接混頻器模塊的第一信號(hào)輸出端和第二信號(hào)輸出端。通過(guò)單平衡混頻器，低噪聲放大器模塊輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)與第一本征信號(hào)L0_P和第二本征信號(hào)L0_N的混頻，分別產(chǎn)生下變頻信號(hào)IF_N和 IF_P輸出，以交給接收機(jī)模擬基帶進(jìn)一步處理。較佳的，混頻器模塊的第三晶體管M3源極和第二晶體管M2漏極之間，以及第四晶體管M4源極和第二晶體管M2漏極之間分別增加源阻抗R3、R4以提高該混頻器模塊的線性度。此外，混頻器模塊還包括第五電阻R5和第六電阻R6，第五電阻R5跨接在第三晶體管M3的漏極和柵極之間，第六電阻R6跨接在第四晶體管的漏極和柵極之間，因此開關(guān)管M3、M4可分別通過(guò)電阻R5、R6實(shí)現(xiàn)自偏置結(jié)構(gòu)，自己供給直流偏置點(diǎn)，節(jié)省功耗?；祛l器模塊的負(fù)載通過(guò)第七電阻R7和第八電阻R8實(shí)現(xiàn)，第三晶體管M3的漏極經(jīng)第七電阻R7連接至電源，第四晶體管M4的漏極經(jīng)第八電阻R8連接至電源。值得注意的是，在本發(fā)明中低噪聲放大器模塊的負(fù)載端(負(fù)載電阻R2)與混頻器模塊的接地端(第二晶體管M2的源極)連接于中間節(jié)點(diǎn)交流虛地端P。因此，通過(guò)交流虛地端P實(shí)現(xiàn)了整個(gè)射頻前端的上層級(jí)混頻器模塊和下層級(jí)低噪聲放大器模塊相連，從而實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器模塊和混頻器模塊的電流復(fù)用。為了保證節(jié)點(diǎn)P的虛地端效果，即保證節(jié)點(diǎn)P在交流情況下能夠去除干擾地等效為地，因此節(jié)點(diǎn)P與地之間連接一去耦電容C3，以起到交流等效地的效果。綜上所述，本發(fā)明的電流復(fù)用射頻前端電路結(jié)構(gòu)，利用低噪聲放大器模塊和混頻器模塊的電流復(fù)用，實(shí)現(xiàn)了用一路電流完成兩個(gè)電路功能的作用，在滿足兩者功能和性能的同時(shí)大大節(jié)省了功耗。此外，下層的低噪聲放大器模塊通過(guò)交流耦合電容將信號(hào)輸出給上層的混頻器模塊，由于低噪聲放大器模塊具有較高增益，信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器模塊處理以后再傳遞給混頻器模塊可以有效減小混頻器模塊的噪聲對(duì)整個(gè)射頻前端噪聲的影響。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述諸多實(shí)施例僅為了便于說(shuō)明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電流復(fù)用射頻前端電路，包括低噪聲放大器模塊及混頻器模塊，其特征在于: 所述低噪聲放大器模塊的信號(hào)輸出端通過(guò)交流耦合電容連接至所述混頻器模塊的信號(hào)輸入端，所述低噪聲放大器模塊的負(fù)載端與所述混頻器模塊相連接，且連接節(jié)點(diǎn)為交流虛地端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)去耦電容接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述低噪聲放大器模塊包括第一晶體管，其漏極為所述低噪聲放大器模塊的信號(hào)輸出端，其柵極和漏極之間連接第一電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述低噪聲放大器模塊的負(fù)載為第二電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述低噪聲放大器模塊包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)?！?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述混頻器模塊包括第二晶體管，以及差動(dòng)連接的第三晶體管和第四晶體管；所述第二晶體管的柵極為所述混頻器模塊的信號(hào)輸入端，源極連接所述去耦電容；所述第三晶體管的柵極連接所述混頻器模塊的第一本征信號(hào)輸入端，漏極連接所述混頻器模塊的第一信號(hào)輸出端；所述第四晶體管的柵極連接所述混頻器模塊的第二本征信號(hào)輸入端，漏極連接所述混頻器模塊的第二信號(hào)輸出端；其中所述第一本征信號(hào)和所述第二本征信號(hào)的相位差為180度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述第三晶體管的漏極和柵極之間連接第五電阻，所述第四晶體管的漏極和柵極之間連接第六電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述混頻器模塊還包括第三電阻和第四電阻，所述第三電阻連接于所述第三晶體管的源極和所述第二晶體管的漏極之間，所述第四電阻連接于所述第四晶體管的源極和所述第二晶體管的漏極之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流復(fù)用射頻前端電路，其特征在于，所述混頻器模塊還包括第七電阻和第八電阻，所述第三晶體管的漏極經(jīng)所述第七電阻連接至電源，所述第四晶體管的漏極經(jīng)所述第八電阻連接至電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電流復(fù)用射頻前端電路，包括低噪聲放大器模塊及混頻器模塊，所述低噪聲放大器模塊的信號(hào)輸出端通過(guò)交流耦合電容連接至所述混頻器模塊的信號(hào)輸入端，所述低噪聲放大器模塊的負(fù)載端與所述混頻器模塊相連，且連接節(jié)點(diǎn)為虛地端。本發(fā)明的射頻前端電路通過(guò)將低噪聲放大器模塊和混頻器模塊進(jìn)行電流復(fù)用，在滿足兩者功能和性能的同時(shí)，節(jié)省了功耗。
文檔編號(hào)H03F1/26GK103078594SQ20121056454
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者李琛, 董林妹, 何學(xué)紅 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司