專利名稱：單芯片射頻收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線收發(fā)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單芯片射頻收發(fā)器。
技術(shù)背景射頻收發(fā)器是無線通信系統(tǒng)中用于將基帶信號調(diào)制到載波和將載波信號變頻到基帶的裝 置。傳統(tǒng)的對講機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在射頻前端，接收機(jī)一般都采用超外差結(jié)構(gòu)，而發(fā)射機(jī)則是 音頻信號直接調(diào)制壓控振蕩器(VCO)。在接收機(jī)系統(tǒng)，中頻的選擇必須考慮到鏡像抑制和中頻濾波器的選擇以及功耗的要求。 一般的做法是在第一次混頻之前對鏡像頻段進(jìn)行抑制，主要是利用各種高性能的濾波器。但 是濾波器本身都有插入損耗，位于鏈路前端的濾波器會(huì)對系統(tǒng)的噪聲性能產(chǎn)生一定程度的影 響。在接收機(jī)系統(tǒng)中，從天線接收的射頻信號經(jīng)匹配電路后先由低噪聲放大器(LNA)進(jìn)行放 大， 一般要求低噪聲放大器具有低的噪聲系數(shù)和適當(dāng)?shù)脑鲆?，并且對寬頻帶信號具有適當(dāng)?shù)?選擇性。經(jīng)LNA放大后的射頻信號接著被輸入至混頻器以轉(zhuǎn)化為中頻信號，這一般是一個(gè)非線 性的過程，所需要的本振信號頻率可以高于射頻信號頻率，也可以低于射頻信號的頻率，但 它們之間的差應(yīng)正好等于中頻，混頻器輸出的信號再由濾波器將各種無用的混頻產(chǎn)物和雜散 成分濾掉，其中也可能包括第二中頻的鏡像頻率。接著濾波之后的中頻信號輸入中頻放大器進(jìn)行放大，中頻放大器通?？赡芫哂锌勺兊脑?益，它的增益一般也是整個(gè)系統(tǒng)增益的重要組成部分。為了擴(kuò)大接收機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，常會(huì)使用一些根據(jù)輸入信號的大小調(diào)節(jié)整個(gè)接收鏈路 的增益的自動(dòng)增益控制電路?？紤]到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，自動(dòng)增益控制環(huán)路必須具有合適 的時(shí)間常數(shù)和一定的滯回特性。此外，可變增益級?？梢栽O(shè)置在系統(tǒng)的射頻級，也可以設(shè)置 在系統(tǒng)的中頻級或基帶，而接收功率的檢測點(diǎn)也可有不同的選擇。為了擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，經(jīng)常 會(huì)采用對數(shù)放大器。在射頻收發(fā)器的本振部分，其具有的頻率合成器在傳統(tǒng)的載波通信中一般由鎖相環(huán) (PLL)電路充當(dāng)，由它通過晶體振蕩器提供的參考來控制壓控振蕩器的頻率和相位。其組成部 分主要包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、頻率除法器等。頻率合成器產(chǎn)生的本振信號頻率可以通過數(shù)字控制的串行接口進(jìn)行選擇，也就是說，可編程的參考分頻器和環(huán)路分頻 器可通過數(shù)字串行接口進(jìn)行控制。環(huán)路濾波器在很大程度上決定了環(huán)路的時(shí)間常數(shù)和切換時(shí) 間。當(dāng)PLL鎖定時(shí)， 一般都會(huì)通過某種方式給出指示。 壓控振蕩器(VCO)通常包括尾流管和諧振腔等。在接收信號時(shí)，VCO為混頻器提供本振信號，在發(fā)送信號時(shí)其直接提供載波頻率。要發(fā) 送的基帶音頻信號直接調(diào)制VCO的一個(gè)控制電壓，同時(shí)其須不能被環(huán)路濾波器所抑制。本振部分具有的晶體振蕩器被用作整個(gè)系統(tǒng)的主要參考頻率源，它利用石英晶體的高度 的頻率穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，來為系統(tǒng)的本振信號和其他定時(shí)信號提供基準(zhǔn)。在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中，來自VCO的頻率(FM)調(diào)制信號通過可變增益放大器進(jìn)行發(fā)送功率 控制，以求獲得較為恒定的功率輸出。 一般而言，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，為滿足系統(tǒng)最終的 發(fā)射功率需求，發(fā)射機(jī)系統(tǒng)通常會(huì)配置普通功率放大器及專用功率放大器。此外，作為射頻收發(fā)器整體， 一般還必須包括必要的偏置電路，電源穩(wěn)壓電路，數(shù)字串 行接口等等。同時(shí)為滿足產(chǎn)品可靠性的基本要求，還需要靜電防護(hù)電路等。由于射頻收發(fā)器涉及的電路元件多，電路復(fù)雜，致使現(xiàn)有的射頻收發(fā)器的集成度較低， 難以適應(yīng)現(xiàn)有大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，因此如何提高射頻收發(fā)器的集成度降低射頻收發(fā) 器分立元件的數(shù)目實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能滿足現(xiàn)有射頻收發(fā)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求的單芯片射頻收發(fā) 器，以提高現(xiàn)有射頻收發(fā)電路的集成度。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的單芯片射頻收發(fā)器，其包括射頻接收部分、 射頻發(fā)送部分、向所述射頻接收部分和射頻發(fā)送部分提供本振信號的本振部分、以及向前述 各部分提供偏置電流及穩(wěn)定電壓的基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分，所述射頻接收部分所具有的 低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器、根據(jù)接收信號強(qiáng)度調(diào)節(jié)所述射頻接收部分的增益的自 動(dòng)增益調(diào)節(jié)器、所述射頻發(fā)送部分所具有的功率調(diào)節(jié)器和輸出功率緩沖放大器、所述本機(jī)振 蕩部分所具有的壓控振蕩器、頻率合成器和晶體振蕩器、及所述基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分 集成形成單一芯片，所述單一芯片具有與所述接收部分相連接的接收信號輸入和輸出端和外 接濾波器的濾波端、與所述發(fā)射部分相連接的待發(fā)射信號輸入和輸出端、及與所述本振部分 相連接的時(shí)鐘信號輸出端、信號控制端和振蕩信號輸入端。較佳地，所述單一芯片采用純CMOS工藝形成，其可為對講機(jī)射頻收發(fā)器，且其還可包200710170591.7說明書第3/8頁括檢測接收信號強(qiáng)度且其輸出端與所述自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器相連接的接收信號強(qiáng)度檢測器。較佳地，在所述接收信號輸入端可接設(shè)有一鏡像抑制聲表面波濾波器，實(shí)現(xiàn)高鏡像抑制 射頻接收；此外，所述鏡像抑制濾波器也可接在所述低噪聲放大器的輸出端與所述混頻器的 輸入端之間，實(shí)現(xiàn)高靈敏度射頻接收，即一濾波端與所述低噪聲放大器的輸出端相連接，另 一濾波端與所述混頻器的輸入端相連接，所述兩濾波端分別與一鏡像抑制聲表面波濾波器相 連接即可。較佳地，所述低噪聲放大器包括在所述接收信號輸入端與地之間接入一對反向并聯(lián)的防 靜電保護(hù)電路的抗靜電放大器；所述混頻器具有不對稱的自偏置MOS 二極管結(jié)構(gòu)作為信號輸 出端，且其還具有與所述外接濾波器進(jìn)行阻抗匹配的電路結(jié)構(gòu)；所述接收信號強(qiáng)度檢測器包 括信號單端到雙端的轉(zhuǎn)化電路及對數(shù)放大器；所述自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器采用數(shù)字控制方式調(diào)節(jié)所 述中頻放大器和所述低噪聲放大器的增益；所述功率調(diào)節(jié)器具有調(diào)節(jié)自身偏置電流及輸入容 抗的電路結(jié)構(gòu)；所述頻率合成器可包括晶體振蕩器、根據(jù)所述晶體振蕩器進(jìn)行參考端分頻 的參考分頻器、鎖相環(huán)路分頻器、對所述參考分頻器和鎖相環(huán)路分頻器輸出的信號進(jìn)行鑒相 的鑒相器、與所述鑒相器相連接的電荷泵電路及用于與外部環(huán)路濾波器相連接的端口；所述 壓控振蕩器采用內(nèi)嵌于電流鏡中的濾波電路作為其具有的尾電流管的偏置電路，其還采用高 動(dòng)態(tài)電阻MOS 二極管電路作為其具有的諧振腔的偏置電路。較佳地，所述濾波電路可包括偏置電流源、將所述偏置電流源提供的偏置電流轉(zhuǎn)化為電 壓的電壓轉(zhuǎn)換器、將所述電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓濾波后輸入至尾電流管的低通濾波器；所述 高動(dòng)態(tài)電阻MOS二極管電路可包括兩晶體管，其中，所述兩晶體管的源極相互連接，兩者的 柵極相互連接，兩者的漏極分別通過電阻連接到各自的柵極。綜上所述，本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器在接收端集成了從低噪聲放大器到中頻放大器之 間的部分，在發(fā)送端集成了功率調(diào)節(jié)器和輸出功率緩沖放大器，在本機(jī)振蕩部分集成了壓控 振蕩器(VCO)、頻率合成器和晶體振蕩器，極大地提高了射頻收發(fā)器的集成度，同時(shí)也能滿 足現(xiàn)有射頻收發(fā)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求。


圖la為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器的基本框架示意圖。圖lb為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器采用鏡像抑制濾波器接在接收輸入端的框架示意圖。 圖2為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器采用的低噪聲放大器和其輸入端ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)電路圖。 圖3為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器所采用的混頻器和其輸出端電路示意圖。6
圖4為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器所采用的信號強(qiáng)度檢測電路和幅度判斷電路圖。圖5為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器的自動(dòng)增益控制環(huán)路結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器的功率調(diào)節(jié)器的電路圖。圖7為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器的頻率合成器的結(jié)構(gòu)框圖。圖8為本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器的壓控振蕩器的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過優(yōu)選的最佳實(shí)例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。 請參閱圖la及l(fā)b，本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器可作為對講機(jī)的射頻收發(fā)器，其至少包括 射頻接收部分、射頻發(fā)送部分、向所述射頻接收部分和射頻發(fā)送部分提供本振信號的本振部 分、以及向前述各部分提供偏置電流及穩(wěn)定電壓的基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分，其中所述射 頻接收部分所具有的低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器、檢測接收信號強(qiáng)度的接收信號強(qiáng) 度檢測器、根據(jù)所述接收信號強(qiáng)度檢測器的檢測結(jié)果調(diào)節(jié)所述射頻接收部分的增益的自動(dòng)增 益調(diào)節(jié)器、所述射頻發(fā)送部分所具有的功率調(diào)節(jié)器和輸出功率緩沖放大器、所述本機(jī)振蕩部 分所具有的壓控振蕩器、頻率合成器和晶體振蕩器、及所述基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分集成 形成單一芯片，在本實(shí)施例中，所述單一芯片完全采用CMOS工藝來實(shí)現(xiàn)，此外，為使所述 單一芯片能與外部元器件相連接，還設(shè)有多個(gè)端口，包括與所述接收部分相連接的接收信號 輸入和輸出端和外接濾波器的濾波端、與所述發(fā)射部分相連接的待發(fā)射信號輸入和輸出端、 及與所述本振部分相連接的時(shí)鐘信號輸出端、信號控制端和振蕩信號輸入端等。所述低噪聲放大器(LNA)接入由天線接收并經(jīng)過匹配電路(LC filter and switch)處理 的射頻信號，其輸入端的容抗對其噪聲性能有重要的影響，而對于對講機(jī)，由于其須處理非 常寬的輸入信號動(dòng)態(tài)范圍，且現(xiàn)有對講機(jī)可以承受的最大信號通常達(dá)20dBm，在如此大信號 作用時(shí)又希望保證所述單一芯片的電源電壓較低，若使用傳統(tǒng)的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，信號就會(huì)串 擾到電源電壓上，最終干擾芯片的正常工作，所以在本實(shí)施例中，其采用的限幅形式的ESD 保護(hù)電路，請參見圖2，所述LNA包括在接收信號輸入端與地之間接入一對反向并聯(lián)的防靜 電(ESD)保護(hù)電路的抗靜電放大器，該結(jié)構(gòu)位于輸入壓焊點(diǎn)(PAD)和地之間，從而可以處 理高達(dá)20dBm的輸入信號，可以工作在400至lj 470MHz頻段。在LNA輸入端口 (h)僅需 一個(gè)片外電感(Lg)作為阻抗匹配，這種電路克服了前述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，并且對真正 輸入到LNA的信號進(jìn)行了一定的幅度限制。當(dāng)發(fā)生ESD事件時(shí)，電流的瀉放通過地進(jìn)行，
如此可以達(dá)到人體模型2kV的要求。輸入端采用一對反向并聯(lián)的ESD 二極管保護(hù)結(jié)構(gòu)。此外， 圖2所示的LNA還采用了經(jīng)典的共源共柵結(jié)構(gòu)和源極退化電感，電感Ld可以是片上螺旋電 感，也可以采用片外元件，電感Ls可以采用片上螺旋電感，或者鍵合線(bondwire)電感等。 再有在使用時(shí)，LNA的前面或者后面連接有聲表面波濾波器(SAW filter),所述聲表面波濾 波器的位置主要根據(jù)鏡像抑制指標(biāo)的需要而設(shè)定。例如，可在所述接收信號輸入端接設(shè)一鏡 像抑制聲表面波濾波器，如此實(shí)現(xiàn)高鏡像抑制射頻接收，如圖lb所示，再者，也可在所述低 噪聲放大器的輸出端與所述混頻器的輸入端之間連接所述鏡像抑制濾波器，實(shí)現(xiàn)高靈敏度射 頻接收，也就是將一濾波端與所述低噪聲放大器的輸出端相連接，另一濾波端與所述混頻器 的輸入端相連接，所述兩濾波端分別與一鏡像抑制聲表面波濾波器相連接即可，如圖la所示。 請參見圖3，所述混頻器(Mker)把經(jīng)LNA放大后的射頻信號轉(zhuǎn)化為中頻信號(例如 21.7 MHz的中頻信號)，在本實(shí)施例中，所述混頻器之后接有一個(gè)中心頻率為21.7MHz的晶 體濾波器(SAWfilter), Ct和Rt代表片外晶體據(jù)波器(即LOAD)的阻抗，所述混頻器采用 的本振信號高于射頻信號頻率一個(gè)中頻的信號，此外，也可以采用低于射頻信號頻率一個(gè)中 頻的信號。如圖3所示，射頻輸入信號vrf通過晶體管Ml、 M2和M3完成了從單端到雙端 的轉(zhuǎn)化，同時(shí)，由于M1的共柵結(jié)構(gòu)，非常容易實(shí)現(xiàn)50Q的阻抗匹配。Msw是常見的四管開 關(guān)結(jié)構(gòu)，其柵極接受本振信號的驅(qū)動(dòng)。所述混頻器的輸出阻抗必須滿足片外晶體濾波器的要 求。為了減少外接器件的數(shù)量，所述混頻器包括與所述片外晶體濾波器(XO filter)進(jìn)行阻抗 匹配的電路。由于晶體濾波器只需要單端的輸入，所以對于一個(gè)雙平衡的吉爾伯特混頻器來 說，還需要包括將內(nèi)部的雙端信號轉(zhuǎn)換為單端信號的轉(zhuǎn)換電路。在本實(shí)施例中，所述混頻器 采用自偏置MOS二極管結(jié)構(gòu)作為信號輸出端以實(shí)現(xiàn)雙端變單端的轉(zhuǎn)換，如圖3所示，所述自 偏置MOS 二極管結(jié)構(gòu)包括晶體管M4和M5以及電阻Rs。如果沒有Rs，晶體管M4和M5 就構(gòu)成了常見的雙端到單端轉(zhuǎn)化的電流鏡有源負(fù)載，這樣輸出阻抗Routl就主要由晶體管的 輸出電阻w決定。Rs的加入，使得Routl增加了可控性，從而使得Routl和Rsl相互配合， 最終從芯片引腳處得到的總輸出阻抗Zout滿足晶體濾波器(即負(fù)載)中Rt的要求。當(dāng)然，本 電路的實(shí)現(xiàn)不局限于P型晶體管。需注意的是，所述外接濾波器的濾波端也包括與片外晶體 濾波器相連接相應(yīng)端口。所述中頻放大器(IFAmp)將所述混頻器輸出的信號放大濾波后送入外部解調(diào)器(即Audio Demodulator),其工作在中頻(如21.7 MHz)頻率，具有可變的增益。所述接收信號強(qiáng)度指示電路(RSSI)在中頻放大器的輸出端檢測接收到的信號的強(qiáng)度。 該強(qiáng)度和預(yù)設(shè)的參考電平Refl和Ref2進(jìn)行比較，并且在比較的過程中引入滯回特性，經(jīng)過比 較之后，即可以確定信號所處的強(qiáng)度范圍，然后該信息被輸入到數(shù)字控制邏輯中，通過數(shù)字 位設(shè)置的辦法調(diào)節(jié)LNA和中頻放大器的增益。請參見圖4，其為RSSI電路的模擬部分框圖 以及和數(shù)字部分接口的示意圖。中頻放大器輸出單端信號(IFJDut)進(jìn)入到RSSI電路，通過 一個(gè)單端到雙端的轉(zhuǎn)差分放大器(即轉(zhuǎn)化電路S2D)變?yōu)閮陕凡罘中盘?，兩路信號分別經(jīng)過兩 個(gè)級聯(lián)的限幅放大器形成三級輸出的差分交流電壓由三個(gè)相同的對數(shù)放大器(LogAmp)整流 為直流，進(jìn)而所述RSSI輸出(RSSIOut)通過累加三條通路上的直流來形成一個(gè)直流電壓， 其中，R、 C起到濾除直流電壓上交流抖動(dòng)的作用，所述RSSI輸出的直流電壓會(huì)隨著中放輸 入功率的變化而變化，其所采用的信號檢測方法被稱為分段線性估算法(piecewise-linear approximation),即通過對每一個(gè)放大單元輸出進(jìn)行整流，把各個(gè)輸出級累加、濾波構(gòu)成一個(gè) 直流信號，來代表功率的變化。采用這種結(jié)構(gòu)，通常須在給定增益的基礎(chǔ)上，對限幅放大器 的級數(shù)，帶寬和功耗進(jìn)行優(yōu)化。所述自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器采用數(shù)字控制方式調(diào)節(jié)所述中頻放大器(IF Amp)和所述低噪聲放 大器(LNA)的增益，其根據(jù)所述RSSI的輸出信號大小，利用數(shù)字控制來調(diào)節(jié)增益，而非現(xiàn) 有的采用模擬方式調(diào)節(jié)增益。請一并參見圖5，所述RSSI輸出(即RSSI Out)的直流電壓將 通過兩個(gè)遲滯比較器(即Comparator,其參考電壓分別為Refl和Ref2)與代表輸入功率的基 準(zhǔn)源(例如-3和-33dBm)進(jìn)行比較，生成的數(shù)字控制位被輸入控制器(Digital Control),并進(jìn) 行邏輯變換和狀態(tài)判斷(即Control Logic)后譯碼(即Decode),來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)信號鏈路增益 (即所述LNA和IF Amp的增益)的控制。需注意的是，在本實(shí)施例中，為簡化圖示，在圖 la和lb中，將所述接收信號強(qiáng)度指示電路與所述自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器采用自動(dòng)功率檢測和增益控 制單元來表示。在所述射頻發(fā)送部分，所述功率調(diào)節(jié)器(即由可變增益放大器和發(fā)射功率控制組成)具 有調(diào)節(jié)自身偏置電流及輸入容抗的電路結(jié)構(gòu)，請參見圖6,所述功率調(diào)節(jié)器主要由晶體管M5、 電阻R3、可變電容元件Cvl和Cv2、以及構(gòu)成固定尾電流的電路Il構(gòu)成。其中，電路I1的 作用是，即使控制電壓Vgc的變化導(dǎo)致M5截止，所述功率調(diào)節(jié)器仍然可以提供相當(dāng)?shù)脑鲆?(包括衰減)；R3的作用是可以提高整個(gè)調(diào)節(jié)過程中的線性化程度；變?nèi)菰﨏vl和Cv2的 容值也隨著控制電壓Vgc變化，形成對輸入信號的分壓。在發(fā)送信號時(shí)，來自VCO的FM 調(diào)制信號通過所述功率調(diào)節(jié)器和輸出功率緩沖放大器(也稱為片上功放)輸出到外部的2或3 級功率放大器，通常片上功放是一個(gè)A類功率緩沖放大器，它的典型輸出功率在1.0 dBm。 由此可見，Vgc —方面控制可變尾電流的大小， 一方面通過變?nèi)莨苷{(diào)節(jié)輸入信號Vip和Vin
的衰減程度，所述功率調(diào)節(jié)器通過控制電壓Vgc來調(diào)節(jié)放大器的輸入容抗和偏置電流，如此 可增大有限控制電壓下的調(diào)節(jié)范圍。所述功率調(diào)節(jié)器的輸出電壓Vop、 Von通過有源負(fù)載(Ri， R2， M3， M4)輸出，但并非以這種形式為限。請參見圖7，所述頻率合成器還包括晶體振蕩器(OSC)、根據(jù)所述晶體振蕩器進(jìn)行參 考端分頻的參考分頻器(REF DIVIDER)、鎖相環(huán)路分頻器(LOOP DIVIDER)、對所述參考 分頻器和鎖相環(huán)路分頻器輸出的信號進(jìn)行鑒相的鑒相器(PD)、與所述鑒相器相連接的電荷泵 電路(CHARGE PUMP)及用于與外部環(huán)路濾波器相連接的端口 ，其中，所述環(huán)路濾波器也 可以集成在所述單一芯片，所述參考分頻器和環(huán)路分頻器分別為可編程的參考分頻器(/R) 和環(huán)路分頻器(/N),其可通過三線接口 (即3-wire Control)及集成在所述單一芯片上的串行 接口進(jìn)行控制，所述頻率合成器通過晶體振蕩器提供的參考頻率源來控制壓控振蕩器(VCO) 的頻率和相位，所述晶體振蕩器使用常見的Colpitts結(jié)構(gòu)。環(huán)路濾波器在很大程度上決定了環(huán) 路的時(shí)間常數(shù)和切換時(shí)間。此外，當(dāng)所述頻率合成器被鎖定時(shí)，所述單一芯片可以給出指示 信號。圖7中，所述的電荷泵電路其輸出端CP可以連接到片上或片外的環(huán)路濾波器，同時(shí)本 實(shí)現(xiàn)中所述的晶體振蕩器還可以提供一路額外的輸出信號BO，可以作為其他芯片的本振或者 時(shí)鐘信號使用(圖la、圖lb及圖7所示的XIN和XOUT分別為OSC的輸入端和輸出端)。所述壓控振蕩器(VCO)在接收模式中為所述混頻器提供本振信號，在發(fā)射模式中提供 載波頻率。為了在不同頻率上獲得最佳的相位噪聲，所述VCO通過外部電感(也可以包括電 容元件)提供本振頻率的振蕩，其頻率控制靈敏度為10 MHz/V。在本實(shí)施例中，所述VCO 采用內(nèi)嵌于電流鏡中的濾波電路作為其具有的尾電流管的偏置電路，其還采用高動(dòng)態(tài)電阻 MOS 二極管電路作為其具有的諧振腔的偏置電路，請參見圖8，所述濾波電路包括偏置電流 源Il、將所述偏置電流源提供的偏置電流轉(zhuǎn)化為電壓的電壓轉(zhuǎn)換器(即晶體管M1)、將所述 電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓濾波后輸入至尾電流管(即晶體管M2)的低通濾波器(由電阻R1和 電容Md組成)，所述濾波電路插入在尾電流管之前，如此可有效降低尾電流偏置中的噪聲， 進(jìn)而降低所述壓控振蕩器輸出的相位噪聲。在閃爍噪聲轉(zhuǎn)角頻率較高的現(xiàn)代CMOS工藝中， 所述濾波電路可以有效地濾除一部分閃爍噪聲和其他位于濾波器截止頻率以上的熱噪聲，實(shí) 現(xiàn)較佳的濾波效果。所述壓控振蕩器的諧振腔中電感元件可以使用片外或片上電感，在本實(shí) 施例中，為了減少電感元件的數(shù)量，采用片上差分電感或單個(gè)片外電感作為諧振腔中的電感 元件，為降低壓控低振蕩器中尾電流噪聲的向上混頻，采用了尾電流并不直接接入交叉耦合 負(fù)阻管的源極的形式，同時(shí)為給諧振腔和負(fù)阻管提供適當(dāng)?shù)碾娏髌?，本?shí)施例中采用了高 動(dòng)態(tài)電阻MOS 二極管電路，所述高動(dòng)態(tài)電阻MOS 二極管電路包括兩晶體管(即M3和M4)，
其中，所述兩晶體管的源極相互連接，兩者的柵極相互連接，兩者的漏極分別通過電阻(R2 和R3)連接到各自的柵極。采用此種結(jié)構(gòu)，外接的片外電感只需要一個(gè)，而且不必中間抽頭。 這種實(shí)現(xiàn)方法最大程度保證了整個(gè)電路的差分對稱性。如果沒有晶體管M3和M4，那么在電 阻上的壓降就會(huì)大大降低輸出信號的有效幅度。圖8所示的電容元件Mc3的作用是提供共模 點(diǎn)的濾波。為了提高VCO對工藝偏差和外接元件容差的適應(yīng)性，使用了開關(guān)電容陣列進(jìn)行頻 率粗調(diào)(圖8中所示的S (0) ......S (n)是控制開關(guān)電容陣列的比特位)。所述基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分主要采用恒定跨導(dǎo)偏置電路和帶隙基準(zhǔn)源，為所述單一 芯片的各部分提供所需的偏置電流和基準(zhǔn)電壓。綜上所述，本發(fā)明的單芯片射頻收發(fā)器即對講機(jī)用射頻前端芯片在接收端集成了從低噪 聲放大器到中頻放大器之間的部分，在發(fā)送端集成了功率調(diào)節(jié)器和輸出功率緩沖放大器，在 本機(jī)振蕩部分集成了壓控振蕩器(VCO)、頻率合成器和晶體振蕩器，而且完全采用CMOS 工藝集成了上述電路，極大地提高了射頻收發(fā)器的集成度，同時(shí)也能滿足現(xiàn)有對講機(jī)系統(tǒng)指 標(biāo)要求。
權(quán)利要求
1.一種單芯片射頻收發(fā)器，其包括射頻接收部分、射頻發(fā)送部分、向所述射頻接收部分和射頻發(fā)送部分提供本振信號的本振部分、以及向前述各部分提供偏置電流及穩(wěn)定電壓的基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分，其特征在于所述射頻接收部分所具有的低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器、根據(jù)接收信號強(qiáng)度調(diào)節(jié)所述射頻接收部分的增益的自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器、所述射頻發(fā)送部分所具有的功率調(diào)節(jié)器和輸出功率緩沖放大器、所述本振部分所具有的壓控振蕩器、頻率合成器和晶體振蕩器、及所述基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分集成形成單一芯片，所述單一芯片具有與所述接收部分相連接的接收信號輸入和輸出端和外接濾波器的濾波端、與所述發(fā)射部分相連接的待發(fā)射信號輸入和輸出端、及與所述本振部分相連接的時(shí)鐘信號輸出端、信號控制端和振蕩信號輸入端。
2. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于采用純CMOS工藝形成所述 單一芯片。
3. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于在所述接收信號輸入端接設(shè)有 一鏡像抑制聲表面波濾波器。
4. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于 一濾波端與所述低噪聲放大器 的輸出端相連接，另一濾波端與所述混頻器的輸入端相連接，所述兩濾波端分別與一 鏡像抑制聲表面波濾波器相連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述低噪聲放大器包括在所述 接收信號輸入端與地之間接入一對反向并聯(lián)的防靜電保護(hù)電路的抗靜電放大器。
6. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述混頻器具有不對稱的自偏 置MOS 二極管結(jié)構(gòu)作為信號輸出端，且其還具有與所述外接濾波器進(jìn)行阻抗匹配的 電路結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于還包括檢測接收信號強(qiáng)度且其輸出端與所述自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器相連接的接收信號強(qiáng)度檢測器。
8. 如權(quán)利要求7所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述接收信號強(qiáng)度檢測器包括信號單端到雙端的轉(zhuǎn)化電路及對數(shù)放大器。
9. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器采用數(shù)字 控制方式調(diào)節(jié)所述中頻放大器和所述低噪聲放大器的增益。
10. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述功率調(diào)節(jié)器具有調(diào)節(jié)自身 偏置電流及輸入容抗的電路結(jié)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述頻率合成器包括晶體振 蕩器、根據(jù)所述晶體振蕩器進(jìn)行參考端分頻的參考分頻器、鎖相環(huán)路分頻器、對所述 參考分頻器和鎖相環(huán)路分頻器輸出的信號進(jìn)行鑒相的鑒相器、與所述鑒相器相連接的 電荷泵電路及用于與外部環(huán)路濾波器相連接的端口 。
12. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述壓控振蕩器采用內(nèi)嵌于電 流鏡中的濾波電路作為其具有的尾電流管的偏置電路，其還采用高動(dòng)態(tài)電阻MOS二 極管電路作為其具有的諧振腔的偏置電路。
13. 如權(quán)利要求12所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述濾波電路包括偏置電流 源、將所述偏置電流源提供的偏置電流轉(zhuǎn)化為電壓的電壓轉(zhuǎn)換器、將所述電壓轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換的電壓濾波后輸入至尾電流管的低通濾波器。
14. 如權(quán)利要求12所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所述高動(dòng)態(tài)電阻MOS 二極 管電路包括兩晶體管，其中，所述兩晶體管的源極相互連接，兩者的柵極相互連接， 兩者的漏極分別通過電阻連接到各自的柵極。
15. 如權(quán)利要求1所述的單芯片射頻收發(fā)器，其特征在于所形成的單芯片射頻收發(fā)器為 對講機(jī)射頻收發(fā)器。 ，
全文摘要
一種單芯片射頻收發(fā)器，其包括射頻接收部分、射頻發(fā)送部分、本振部分、以及基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分，其中，射頻接收部分所具有的低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器、根據(jù)接收信號強(qiáng)度調(diào)節(jié)射頻接收部分增益的自動(dòng)增益調(diào)節(jié)器、射頻發(fā)送部分所具有的功率調(diào)節(jié)器和輸出功率緩沖放大器、本振部分所具有的壓控振蕩器、頻率合成器和晶體振蕩器、及基準(zhǔn)電壓源和電流偏置部分集成形成單一芯片，單一芯片還具有與接收部分相連接的接收信號輸入和輸出端和外接濾波器的濾波端、與發(fā)射部分相連接的待發(fā)射信號輸入和輸出端、及與本振部分相連接的時(shí)鐘信號輸出端、信號控制端和振蕩信號輸入端，如此極大地提高了射頻收發(fā)器的集成度。
文檔編號H04B1/40GK101162912SQ20071017059
公開日2008年4月16日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者珅 馮, 原 張, 施鐘鳴, 蘇彥鋒 申請人:上海士康射頻技術(shù)有限公司