專利名稱：一種多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端構(gòu)成方法及其模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線射頻通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端電路，特別涉 及一種多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端構(gòu)成方法及其模塊。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)可以實(shí)現(xiàn)全天候、全球性與高精度的連續(xù)導(dǎo)航與定位， 近些年發(fā)展非常迅速。隨著GPS系統(tǒng)現(xiàn)代化計(jì)劃的實(shí)施以及俄羅斯GL0NASS，歐洲Galileo 和中國北斗等衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)的建設(shè)與不斷完善，使可用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號資源得 到極大的豐富，研制多頻段多系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)是一種必然的發(fā)展趨勢。當(dāng)前，已經(jīng)有很多種的多模多頻衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端設(shè)計(jì)方案問世。申請?zhí)?200710107693. 4，名稱為“采用單通路射頻前端實(shí)現(xiàn)GNSS多模并行接收的方法及裝置”的 發(fā)明，提出將接收到的RF射頻信號進(jìn)入單通路射頻前端后，根據(jù)接收信號模式的個(gè)數(shù)N，將 信號通路的采樣周期劃分為N個(gè)時(shí)間段，通過受時(shí)分復(fù)用信號控制的Mixer混頻器和LPF 低通濾波器將RF信號下變頻至IF中頻信號，切換時(shí)分復(fù)用信號，單通路射頻前端每隔一個(gè) 上述時(shí)間小段內(nèi)接收一種模式的信號，如此周期性交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)單通路射頻前端并行接 收N個(gè)模式信號。該發(fā)明用一個(gè)單通路射頻前端，在時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)GNSS多 種模式(包括CAMPASS II、GPS、felliIeo、GL0NASS等)并行接收。該方案需要一個(gè)時(shí)分復(fù) 用控制系統(tǒng)，增加了電路芯片的設(shè)計(jì)難度和面積。發(fā)明CN200810113003.0公開了 “一種軍民兩用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)多模射頻接收 方法及裝置”發(fā)明，該方法提出一種頻率規(guī)劃將不同的窄帶信號互為鏡像抑制接收機(jī)的鏡 像信號，對于民用窄帶信號，經(jīng)過鏡像抑制接收機(jī)，在時(shí)分復(fù)用控制系統(tǒng)的控制下，周期性 切換頻率合成器輸入射頻混頻器和基帶混頻器的本振頻率及基帶混頻器的電流加減方式， 實(shí)現(xiàn)窄帶信號的多模并行接收；對于寬帶信號，經(jīng)過直接下變頻接收機(jī)，選取射頻混頻器的 本振頻率與寬帶GNSS中心頻率一致，實(shí)現(xiàn)各種軍用寬帶方式信號的接收；該裝置包括鏡像 抑制接收機(jī)和直接下變頻接收機(jī)兩部分。發(fā)明200710069408. 4公開了 “多模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收射頻前端芯片”的發(fā)明，提出 一種多模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收前端的構(gòu)架方法和用于多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多模式衛(wèi)星導(dǎo)航接 收射頻前端芯片。單片集成完整多模式射頻前端的低噪聲放大器/混頻器組、可重配置鏡 像抑制濾波器、寬帶可變增益放大器、模數(shù)換端器、可配置頻率綜合器和多模式控制邏輯六 個(gè)模塊，可重配置的模塊都可通過多模式控制邏輯管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能參數(shù)按需配置，使 之工作性能優(yōu)化，滿足多模式衛(wèi)星導(dǎo)航接收平臺(tái)對射頻前端的功能要求。但該多模式接收 前端芯片功能的實(shí)現(xiàn)必須配置多個(gè)低噪聲放大器/混頻器以及一個(gè)多模式控制邏輯管理 模塊，系統(tǒng)電路較復(fù)雜，增加了電路芯片面積。顯而易見，已有技術(shù)的射頻前端方案實(shí)現(xiàn)方法普遍存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度 高，電路規(guī)模大以及需片外支持附件，直接影響可集成性等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接 收機(jī)射頻前端構(gòu)成方法及其一種可以滿足多頻段工作、具有低噪聲、高增益的射頻前端電 路模塊，改善整個(gè)接收機(jī)射頻前端的噪聲性能及多模式多頻段信號處理能力。本發(fā)明提出的多模式多系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端構(gòu)成方法及其模塊，構(gòu)成簡 單可靠，不需要上述已有技術(shù)所用復(fù)雜的時(shí)分復(fù)用控制系統(tǒng)。多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊由可配置低噪聲前置放大器LNA，緩 沖器Buffer，有源平衡器Balim，無源混頻器，可配置頻率合成器，低通/鏡像抑制雙模式濾 波器和寬帶自動(dòng)增益控制放大器的子模塊以及接收機(jī)系統(tǒng)編程輸出的多模式多頻段控制 字信號組成，模塊的可集成性好。它具有多模式多頻段工作、單端輸入差分輸出、高增益的 低噪聲放大器，高線性度低噪聲無源混頻器，低通/鏡像抑制濾波雙模式濾波器，寬帶自動(dòng) 增益控制放大器，可配置頻率合成器和多模式控制邏輯模塊。接收機(jī)射頻前端的第一級LNA的性能對整個(gè)接收系統(tǒng)的性能至關(guān)重要，整系統(tǒng)信 噪比和靈敏度主要取決于LNA的噪聲系數(shù)(NF)和增益。已有技術(shù)LNA為圖加所示的傳統(tǒng) 的CMOS差分結(jié)構(gòu)低噪聲放大器，一般都采用在輸入管的源極接入負(fù)反饋來電感進(jìn)行噪聲 優(yōu)化。差分輸入的射頻信號RF_INP和RF_INN，分別通過電容Cl和C2以及電感L3和L4輸 入到MOS管Ml和M2的柵極，而MOS管Ml和M2的源極分別接電感Ll和L2，它們的漏極分 別接MOS管M3和M4的源極，構(gòu)成一個(gè)差分共源共柵(Cascode)電路結(jié)構(gòu)，采用電感-源極 負(fù)反饋來調(diào)整輸入阻抗不會(huì)降低放大器的噪聲性能，但Ml和M2的柵-漏之間重疊電容會(huì) 顯著減小柵-漏阻抗，使噪聲性能和輸入匹配變差，必須增加負(fù)反饋電感值來補(bǔ)償，但隨之 總的放大級跨導(dǎo)會(huì)減小，從而使放大器增益減小，進(jìn)而影響整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲性能。本發(fā)明提出的帶有源換端器Balim和并聯(lián)LC輸入阻抗匹配結(jié)構(gòu)的單端輸入以及 雙端差分輸出的電路結(jié)構(gòu)，可以克服傳統(tǒng)單端LNA和差分結(jié)構(gòu)LNA存在的缺點(diǎn)，該單端LNA 采用較小源極電感的輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)良好的輸入匹配，通過有源Balim轉(zhuǎn) 換獲得差分信號，進(jìn)而以差分方式接入混頻器工作，能有效降低混頻器的共模噪聲、減小本 振信號到中頻信號輸出端的泄漏。混頻器為下變頻混頻器，它連接LNA輸出端，將LNA輸出的射頻信號通過與本振信 號相乘變換為中頻信號?；祛l器的線性是一個(gè)重要性能指標(biāo)，零中頻接收機(jī)的下變頻混頻 器采用有源混頻器來代替無源混頻器，以提高模塊的增益，隨著電源電壓的降低，這類傳統(tǒng) 的混頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已不能滿足要求，二級效應(yīng)及襯底串?dāng)_更加顯著，進(jìn)而影響混頻器的線 性度。本發(fā)明提出一種下變頻混頻器為超寬帶的低壓、高線性度、高變頻增益的直接下變頻 混頻器，該混頻器采用折疊式無源結(jié)構(gòu)以及自偏置反相器的優(yōu)化措施，并采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS 工藝實(shí)現(xiàn)，是一種優(yōu)化的吉爾伯特混頻器，能有效提高混頻器的線性度、高變頻增益和低功 耗性能。本發(fā)明提出的多模式多系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端構(gòu)成方法，包括以下步驟(1)多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端簡稱多模式多頻段射頻前端的射頻輸 入信號包括已有的各型衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的信號。(2)多模式多頻段射頻前端采用參數(shù)可配置的模塊結(jié)構(gòu)，能工作于多種模式和多個(gè)頻段，至少包括低中頻模式和零中頻模式，能接收不同導(dǎo)航系統(tǒng)的信號或接收同一個(gè)導(dǎo) 航系統(tǒng)內(nèi)不同頻段的信號。(3)多模式多頻段射頻前端模塊至少包括可配置的低噪聲放大器、可配置的頻率 合成器、混頻器、多模式濾波器和自動(dòng)增益控制放大器。(4)多模式多頻段射頻前端的參數(shù)配置由若干子模塊分工實(shí)現(xiàn)a.采用可配置的多頻段低噪聲放大器，通過程控配置選擇所需的模式和頻段參 數(shù)，實(shí)現(xiàn)多模式多頻段射頻輸入信號的接收和低噪聲放大。利用具有選頻功能的多頻段低 噪聲放大器對導(dǎo)航衛(wèi)星射頻信號進(jìn)行放大，通過調(diào)節(jié)低噪聲前置放大器LNA輸出端匹配網(wǎng) 絡(luò)的開關(guān)控制字，使LNA的工作范圍覆蓋當(dāng)今所有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)射頻信號，并通過有源換 端器將單路輸入射頻信號換端成兩路差分輸出信號。b.采用可配置的頻率合成器VC0，通過程控配置產(chǎn)生所需的本地載波，通過混頻 器與步驟a輸出的所需模式和頻段參數(shù)的射頻信號進(jìn)行混頻放大，得到相應(yīng)所需的中頻信號。c.采用多模式濾波器，通過程控配置選擇多模式濾波器工作在相應(yīng)的濾波模式； 兩路差分中頻信號采用零中頻模式和低中頻模式可配置的低通/鏡像抑制雙模式結(jié)構(gòu)濾 波器；多模式濾波器選擇相應(yīng)的鏡像抑制濾波模式或低通濾波模式數(shù)字濾波。當(dāng)接收機(jī)系 統(tǒng)工作在低中頻模式時(shí)，控制開關(guān)將濾波器的工作模式切換到抑制鏡像信號的復(fù)數(shù)濾波器 模式；當(dāng)接收機(jī)系統(tǒng)工作在零中頻模式時(shí)，控制開關(guān)將濾波器切回到低通濾波模式。(5)程控配置由接收機(jī)系統(tǒng)通過編程給相應(yīng)模塊輸入開關(guān)控制字，控制一組控制 開關(guān)實(shí)現(xiàn)配置選擇。(6)使多頻段低噪聲放大器的參數(shù)配置和頻率合成器VCO的本地載波配置協(xié)同滿 足選擇接收特定的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的前端處理?xiàng)l件；開關(guān)控制字的設(shè)置由接收機(jī)系統(tǒng)通過編 程得到并送到一組外部引腳上的數(shù)字編碼信號值來確定。(7)協(xié)同多頻段低噪聲放大器的參數(shù)配置和多模式濾波器的濾波模式配置來滿足 選擇接收特定的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的前端處理?xiàng)l件。(8)多模式多頻段射頻前端為單端信號輸入，采用有源Balim實(shí)現(xiàn)差分信號輸出， 將LNA放大的兩路差分輸出信號信號與可配置本地載波進(jìn)行混頻，得到所需的兩路差分中 頻信號，以便有效降低混頻器的共模噪聲和減小本地振蕩器到混頻器輸出的泄漏。兩路差分中頻信號由寬帶的AGC自動(dòng)增益放大器放大，得到所需的兩路差分的前 端輸出信號。采用本發(fā)明所述方法構(gòu)成的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，構(gòu)成簡 單可靠，不需復(fù)雜的時(shí)分復(fù)用控制系統(tǒng)和片外模塊，具有良好的可集成性。該前端模塊包括 可配置的低噪聲放大器LNA、緩沖器Buffer、有源換端器Balim、折疊式混頻器、可配置的頻 率合成器VC0、可配置的多模式濾波器、自動(dòng)增益控制放大器AGC以及偏置電路，各個(gè)電路 都為子模塊結(jié)構(gòu)；其中可程控配置的多頻段低噪聲放大器為單端輸入和單端輸出電路結(jié)構(gòu)，通過程控配 置選擇接收指定的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；連接可配置的低噪聲放大器LNA輸出端的緩沖器Buffer為一個(gè)直流電平轉(zhuǎn)換 器；
連接緩沖器Buffer輸出端的有源換端器Balim為共源極放大器和共柵極放大器 構(gòu)成的換端器，實(shí)現(xiàn)單端信號輸入轉(zhuǎn)換為I和Q兩端差分信號輸出，I和Q兩端差分輸出信 號的相位相反、幅度相等；連接有源換端器Balim的I和Q兩差分輸出端的混頻器為折疊式無源混頻器；可程控配置的頻率合成器VCO連接混頻器的卒振輸入端，VCO通過程控配置為混 頻器提供相應(yīng)的本地振蕩信號；連接混頻器的I和Q兩路差分輸出端的可配置的多模式濾波器為可程控配置的數(shù) 字濾波器；通過程控配置于相應(yīng)的工作模式，實(shí)現(xiàn)對I和Q兩路差分信號的低通濾波或鏡像 抑制濾波；連接可配置的多模式濾波器輸出端的自動(dòng)增益控制放大器AGC，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字濾波 器輸出的I和Q兩路差分信號的增益控制，送出I和Q兩路差分前端輸出信號；偏置電路為子模塊提供直流偏置，建立靜態(tài)工作點(diǎn)。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其在于所述可配置的低噪聲 放大器LNA由輸入匹配電路、主放大器、輸出匹配電路、直流偏置電路和程控配置控制開關(guān) 組構(gòu)成；輸入匹配電路、輸出匹配電路和程控配置控制開關(guān)組構(gòu)成低噪聲放大器的一個(gè)編 程可控的頻段和模式選擇電路；輸入匹配電路輸入端連接射頻信號RF-IN，它的輸出端連 接主放大器輸入端，主放大器輸出端和電源VDD之間接入輸出匹配電路，直流偏置電路輸 出接在主放大器輸入端；程控配置控制開關(guān)組連接輸出匹配電路的控制端；其中輸入匹配電路為輸入諧振網(wǎng)絡(luò)，采用一個(gè)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以小的電 容或電感值來獲得等效的大的電容或電感值，以便減低大電感的實(shí)現(xiàn)難度，實(shí)現(xiàn)寬頻帶輸 入匹配，同時(shí)改善噪聲性能；輸出匹配網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)可編程配置的多種取值的LC網(wǎng)絡(luò)，通過配置輸出匹配網(wǎng)絡(luò) 的電容取值實(shí)現(xiàn)諧振頻點(diǎn)和Q值可調(diào)；直流偏置電路為電流鏡像電路，基準(zhǔn)電流經(jīng)過一定比例的鏡像為電路提供所需的 靜態(tài)工作電流；程控配置控制開關(guān)組為一組柵極接數(shù)字控制信號的MOS管，通過系統(tǒng)編程對數(shù)字 控制信號進(jìn)行編碼來按位控制輸出匹配網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)MOS管的關(guān)斷和導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)電容網(wǎng)絡(luò)取 值的調(diào)節(jié)。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其在于所述可配置的低噪聲 放大器LNA的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)編程可控的多種取值的電容修調(diào)陣列和電感構(gòu)成的輸 出諧振網(wǎng)絡(luò)；電容修調(diào)陣列包括一組控制開關(guān)和一組電容，通過編程控制調(diào)節(jié)電容修調(diào)陣 列的電容取值，實(shí)現(xiàn)諧振頻點(diǎn)和Q值的可調(diào)，使得輸出匹配網(wǎng)絡(luò)按照接收機(jī)系統(tǒng)編程的控 制字諧振在接收機(jī)系統(tǒng)所需的相應(yīng)信號頻率點(diǎn)，提高低噪聲放大器LNA的增益，降低系統(tǒng) 級聯(lián)噪聲。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其還在于所述輸出諧振網(wǎng)絡(luò) 的編程可控的多種取值的電容修調(diào)陣列為一個(gè)編程可控的N種取值的電容修調(diào)陣列，N取 值范圍為3 15 ；N取值為3或4的電容修調(diào)陣列，通過編程控制獲得三種或四種修調(diào)電 容值，用于克服工藝偏差帶來的影響15取值的電容修調(diào)陣列，用于克服工藝偏差 帶來的影響，同時(shí)能在開關(guān)控制字調(diào)節(jié)的多個(gè)頻段上進(jìn)行調(diào)整，通過編程控制獲得五種或十五種修調(diào)電容值，能在多個(gè)頻段上精細(xì)修調(diào)。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其在于所述緩沖器Buffer 為一個(gè)源極跟隨電路結(jié)構(gòu)，源極跟隨器中起跟隨功能的MOS管的柵極連接前級主放大器的 輸出端，源極接電流源，源極和電流源的串聯(lián)接點(diǎn)為Buffer的輸出端，同時(shí)，Buffer還完成 直流電平轉(zhuǎn)換，LNA的輸出通過Buffer輸出到有源Balun，不僅為下一級有源Balun提供合 適的偏置電壓，還可以提高LNA的反向隔離度。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其在于所述有源換端器 Balun由緩存器、共源極放大器和共柵放大器組成，LNA輸出的放大信號接在緩存器輸入端 的柵極，緩存器輸出端的源極連接共源極放大器的漏極和共柵放大器的輸入端，采用共柵 放大管同相放大和共源極放大管反向放大的結(jié)構(gòu)，將單端信號轉(zhuǎn)換為雙端差分信號；有源 換端器將接收到的單端信號經(jīng)過緩沖后分別送到一個(gè)共源放大器和共柵放大器，兩者增益 相同極性相反，產(chǎn)生的兩個(gè)差分輸出信號的幅度相同而相位相反，這種結(jié)構(gòu)的Balim使差 分信號的相位誤差和幅度誤差較小，能有效抑制輸出到后級電路的共模噪聲。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其在于所述折疊式混頻器為 折疊式無源混頻器，由跨導(dǎo)級、開關(guān)級、負(fù)載電路和直流偏置電路組成；射頻信號RFout-P 和RFout-N接入跨導(dǎo)級的兩個(gè)輸入端，跨導(dǎo)級的兩個(gè)輸出端各自連接一個(gè)開關(guān)級，卒振信 號LOIN和LOIP分別接入兩個(gè)開關(guān)級，開關(guān)級各自連接負(fù)載電路，一開關(guān)級的兩個(gè)負(fù)載端輸 出射頻信號VOIN和V0IP，另一開關(guān)級的兩個(gè)負(fù)載端輸出射頻信號VOQN和VOQP ；該折疊式 無源混頻器的信號預(yù)放大和信號混頻分步完成，獨(dú)立優(yōu)化，既提高射頻前端的線性度，又減 小電路的閃爍噪聲。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其在于所述跨導(dǎo)級為自偏置 CMOS反相器結(jié)構(gòu)，跨導(dǎo)級包括自偏置CMOS反相器和負(fù)載電阻；自偏置CMOS反相器用帶有 反饋電阻的CMOS反向器構(gòu)成，負(fù)載電阻為由兩個(gè)PMOS管組成的等效LC網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)PMOS管 代替了傳統(tǒng)折疊式結(jié)構(gòu)中的LC諧振網(wǎng)絡(luò)，能有效減少芯片的電路面積，同時(shí)能提高跨導(dǎo)級 等的效跨導(dǎo)值。所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其在于所述可配置的多模式 濾波器為低通/復(fù)數(shù)濾波雙模式多狀態(tài)濾波器，由2路六階巴特沃斯結(jié)構(gòu)濾波器、一路六節(jié) 低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器構(gòu)成；在2路六階巴特沃斯結(jié)構(gòu)濾波器之間接一路六節(jié)低 通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器，六節(jié)低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器的各節(jié)與2路六階巴 特沃斯結(jié)構(gòu)濾波的各階輸出端一一對應(yīng)連接，每節(jié)低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器有兩個(gè) 控制開關(guān)，受控于開關(guān)控制字，用于低通濾波器與復(fù)數(shù)濾波器兩模式的切換；巴特沃斯濾波 器鏈路上的每個(gè)跨導(dǎo)單元和低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器上的每個(gè)跨導(dǎo)單元都是由不 同跨導(dǎo)值的多個(gè)跨導(dǎo)器組成；每個(gè)跨導(dǎo)單元中的跨導(dǎo)器工作是多選一模式，在同一時(shí)刻只 有被選的一個(gè)跨導(dǎo)器工作?？鐚?dǎo)器的選擇是程控實(shí)現(xiàn)，根據(jù)需要通過SPI接口輸入不同的 二進(jìn)制碼控制字，選擇相應(yīng)的一個(gè)跨導(dǎo)器工作，來調(diào)節(jié)低通濾波模式下的濾波器帶寬以及 復(fù)數(shù)濾波模式下復(fù)數(shù)濾波器的中心頻點(diǎn)和帶寬，有效處理零中頻模式下不同帶寬的信號和 低中頻模式各種中頻條件下不同帶寬的信號。LNA輸入端的LC網(wǎng)絡(luò)可滿足雙頻段工作，輸出端的諧振網(wǎng)絡(luò)采用開關(guān)控制字來調(diào) 整Q值以及諧振頻率，以適應(yīng)多頻段工作要求，采用源極跟隨器Buffer作為LNA的輸出緩沖來提高LNA的反向隔離度和級間匹配能力，LNA的輸出信號經(jīng)過有源Balim換端獲得I 和Q兩路差分輸出的射頻信號，輸入到下一級的I和Q兩路混頻器，混頻器將射頻信號與由 開關(guān)控制字來配置頻率合成器VCO產(chǎn)生的本地載波信號進(jìn)行混頻，產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)過由 開關(guān)控制字來配置的低通/鏡像抑制雙模濾波器濾波后，進(jìn)入寬帶的AGC放大得到穩(wěn)定的 I和Q兩路前端輸出信號。本發(fā)明是一種新的適用于多頻段多模式的導(dǎo)航衛(wèi)星信號的可編程配置的射頻前 端模塊，模塊電路具有通用和統(tǒng)一的特征，通過接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)置開關(guān)控制字實(shí)現(xiàn)接收不同 頻率、帶寬的導(dǎo)航衛(wèi)星信號。整體電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈活性高，有利于多模衛(wèi)星導(dǎo)航接 收機(jī)的設(shè)計(jì)配置。本發(fā)明的射頻前端模塊可應(yīng)用于在不同時(shí)段接收處理多種模式的衛(wèi)星導(dǎo) 航信號的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的接收機(jī)。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果(1)多模式多系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端的實(shí)現(xiàn)方法及模塊電路簡單可靠，不 需要復(fù)雜的時(shí)分復(fù)用控制系統(tǒng)和鏡像抑制電路。輸入阻抗匹配采用并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了雙 頻段匹配同時(shí)減小了電感值，降低了電感的實(shí)現(xiàn)難度。本發(fā)明無需配置多個(gè)低噪聲放大器 /混頻器以及片外支持附件多模式控制邏輯模塊，具有可集成性好的顯著優(yōu)點(diǎn)。(2)LNA輸出電路采用開關(guān)控制字調(diào)節(jié)的電感電容可調(diào)諧振網(wǎng)絡(luò)和電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)雙頻段多頻點(diǎn)諧振，通過調(diào)節(jié)電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)的電容值達(dá)到雙頻段上多個(gè)頻點(diǎn)的工作要 求。(3)共源共柵結(jié)構(gòu)的有源Balim可以獲得幅度和相位都良好匹配的一對差分信 號，對于下一級的差分結(jié)構(gòu)混頻器，可有效降低了共模噪聲。(4)折疊式無源混頻器實(shí)現(xiàn)了高線性度和低噪聲的兼顧，改善了整個(gè)接收機(jī)射頻 前端的噪聲性能和線性度。(5)混頻器的跨導(dǎo)級用自偏置結(jié)構(gòu)反相器代替單個(gè)跨導(dǎo)管，既滿足了低電源電壓 的工作要求又能提高混頻器的轉(zhuǎn)換增益。(6)適用于不同時(shí)接收處理多種模式的衛(wèi)星導(dǎo)航信號以及依據(jù)需要在不同時(shí)段接 收處理所需模式的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的接收機(jī)。


圖Ia為本發(fā)明實(shí)施例1的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端電路構(gòu)成框圖。圖Ib為本發(fā)明實(shí)施例2的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端電路構(gòu)成框圖。圖加為已有技術(shù)的差分結(jié)構(gòu)的LNA電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2b為已有技術(shù)的單端結(jié)構(gòu)的LNA電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3a為本發(fā)明實(shí)施例2的帶Buffer、Balun的LNA電路構(gòu)成框圖。圖北為本發(fā)明實(shí)施例2的帶Buffer、Balun的LNA實(shí)例1的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3c為本發(fā)明實(shí)施例3的帶Buffer、Balun并帶有電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)的LNA實(shí)例2的 電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3d為本發(fā)明實(shí)施例LNA的輸入匹配電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖!Be為本發(fā)明實(shí)施例LNA的改進(jìn)的輸入匹配電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖如為本發(fā)明的N = 3可編程的電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例1的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4b為本發(fā)明的N = 13可編程的電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例2的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖如為本發(fā)明的N = 15可編程的電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例3電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖fe為本發(fā)明實(shí)施例的無源折疊式混頻器電路構(gòu)成框圖。圖恥為本發(fā)明無源折疊式混頻器實(shí)施例的跨導(dǎo)級電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5c為本發(fā)明實(shí)施例的無源折疊式混頻器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例可配置的頻率合成器構(gòu)成框圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施實(shí)例的可配置的兩模式濾波器電路示意框圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)增益控制放大器AGC構(gòu)成框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例以及附圖對用一種多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前 端(簡稱多模式多頻段射頻前端)構(gòu)成方法構(gòu)成的多模式多頻段射頻前端模塊的技術(shù)方案 作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)施例1的多模式多頻段射頻前端電路構(gòu)成框圖如圖Ia所示，它包括可 配置低噪聲前置放大器LNA11、緩沖器BufTerl2、有源單轉(zhuǎn)雙換端器Baliml3、兩個(gè)混頻器 14和16、可配置頻率合成器15、可配置多模式濾波器17以及寬帶自動(dòng)增益控制放大器AGC 18。連接關(guān)系接收射頻信號RFIN接入可配置低噪聲前置放大器LNAll的輸入端，低噪聲前 置放大器LNA11、緩沖器BUffer12、有源換端器Baliml3依次單端連接，有源換端器Baliml3 的兩個(gè)差分輸出端，分別連接混頻器14和16的輸入端，可配置頻率合成器15輸出的差分 卒振信號“I”和“Q”連接對應(yīng)混頻器14和16的卒振信號輸入端，混頻器14輸出的差分射 頻信號“I”和混頻器16輸出的差分射頻信號“Q”分別連接對應(yīng)的可配置濾波器17的輸入 端，可配置濾波器17的差分射頻信號“I”和“Q”輸出端分別連接自動(dòng)增益控制放大器AGC18 的差分輸入端，自動(dòng)增益控制放大器AGC18的差分輸出“I”和“Q”端，將多模式多頻段射頻 前端模塊輸出的前端射頻輸出信號RFOUT送到后續(xù)的電路模塊。本發(fā)明實(shí)施例2的多模式多頻段射頻前端電路構(gòu)成框圖如圖Ib所示，本發(fā)明實(shí) 施例2的可配置低噪聲前置放大器LNAll的電路結(jié)構(gòu)為帶可配置LNA 111、緩沖器Buffer 112和有源換端器Balim 113的子模塊。已有技術(shù)的傳統(tǒng)射頻低噪聲放大器LNA有差分兩端 輸入差分兩端輸出LNA，其原理電路如圖加所示，以及單端輸入單端輸出LNA，其原理電路 如圖2b所示。而本發(fā)明多頻段射頻低噪聲放大器LNA子模塊11為單端輸入、兩端差分輸出 的可配置低噪聲放大器LNA。與本發(fā)明實(shí)施例1相比，在實(shí)施例2中，Buffer和有源Balun 集成到LNA中，形成一個(gè)整體。以便更好地在全局上優(yōu)化LNA，LNA的輸出諧振網(wǎng)絡(luò)可以充 分考慮到Buffer輸入阻抗的影響，使輸出諧振網(wǎng)絡(luò)更精確。還可充分考慮到有源Balim的 增益和噪聲對整體LNA電路線性度以及噪聲系數(shù)的影響，合理優(yōu)化LNA核心電路的增益和 噪聲系數(shù)。圖3a示出帶可配置LNA 111、緩沖器Buffer 112和有源換端器Balunl 13的可配 置低噪聲前置放大器LNAll電路結(jié)構(gòu)框圖。它由依次串聯(lián)連接的可配置LNA 111、緩沖器 Buffer 112、有源換端器Balun 113組成。其中可配置LNA 111包括輸入匹配電路1111、主 放大器1112、輸出匹配電路1113、直流偏置電路1114和程控配置開關(guān)組1115，輸入匹配電 路1111連接射頻信號接收端RF_IN，主放大器1112輸入端連接輸入匹配電路1111輸出端，主放大器1112輸出端與電源VDD之間連接一輸出匹配電路1113，程控配置開關(guān)組1115為 輸出匹配電路1113中的控制開關(guān)組，控制開關(guān)組受控于系統(tǒng)程控配置的開關(guān)控制字。主放 大器電路1112用于低噪聲放大射頻輸入信號RF_IN，輸入匹配電路1111用于使輸入主放大 器電路射頻信號的反射能量盡可能小，輸出匹配電路1113用于提高主放大器電路輸出端 與下一級電路的輸入端的級間匹配特性同時(shí)也提高主放大電路的增益，直流偏置電路1114 為主放大器電路提供直流偏置。輸入的射頻信號RF_IN經(jīng)輸入匹配電路1111加到主放大 器1112，信號經(jīng)主放大器放大和輸出匹配電路1113匹配，單路輸出信號加到緩沖器Buffer 112，經(jīng)緩沖后的單路輸出信號加到有源換端器Balimll3，經(jīng)換端為I和Q兩路輸出信號。經(jīng)依據(jù)系統(tǒng)程控配置控制字，選擇所需接收衛(wèi)星的射頻信號，將信號放大經(jīng) Buffer電平轉(zhuǎn)換和有源換端器Balim，由Balim轉(zhuǎn)換獲得兩端差分信號，兩差分信號接入到 相應(yīng)的I路混頻器和Q路混頻器的信號端。選擇的輸入信號經(jīng)低噪聲放大后輸入到緩沖器 Buffer，在緩沖器完成直流電平轉(zhuǎn)換后進(jìn)入有源換端器Balim，實(shí)現(xiàn)由單端信號向差分信號 的轉(zhuǎn)換。可配置頻率合成器輸出端連接混頻器的本振端，輸入到混頻器的差分信號與本振 信號VCO進(jìn)行混頻獲得中頻信號；兩路混頻器的I信號和Q信號的輸出端連接可配置的多 模式濾波器的I和Q輸入端，可配置的鏡像抑制濾波器的I和Q輸出端連接自動(dòng)增益控制 放大器AGC的I和Q輸入端，AGC的I和Q輸出端送出I和Q兩路前端輸出中頻信號。本發(fā)明的多頻段射頻低噪聲放大器LNA實(shí)施例1的電路結(jié)構(gòu)圖參見圖北。圖北 給出本發(fā)明實(shí)施例2帶有緩沖器Buffer和有源換端器Balim的低噪聲放大器LNA的電路 原理圖，可配置LNA輸入端以單端連接衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的射頻信號接收天線端RF_IN，單端 輸入的射頻信號RF_IN，通過由電容Cl和電感Ll的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)以及與并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)串聯(lián) 的隔直流電容C4組成的輸入匹配電路，輸入到主放大器Ml的柵極，Ml的柵極與地之間還 連有電阻R5和電容C6串聯(lián)電路，串聯(lián)接點(diǎn)連接直流偏置電路輸出端VB3，主放大器M2的柵 極連接由電阻Rl和電容C7串聯(lián)組成的直流偏置電路的串接點(diǎn)，主放大器M2的漏極連接輸 出匹配電路的一端，輸出匹配電路的另一端接到電源VDD上，輸出匹配電路為電容C2和電 感L2以及串聯(lián)有開關(guān)管M9的電容C3的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)組成，開關(guān)管M9的柵極連接一個(gè)開 關(guān)控制字Vctr。Buffer緩沖器由電阻R6以及兩個(gè)串聯(lián)連接的源極跟隨器M3和M4組成的 直流電平轉(zhuǎn)換器，串聯(lián)連接的源極跟隨器M3和M4接在電源VDD與地之間，一跟隨器M3的 柵極連接主放大器的輸出端，另一跟隨器M4的柵極經(jīng)電阻R6連接直流偏置電路輸出VB3， 串聯(lián)接點(diǎn)為輸出端RFout。Balun有源換端器由由緩存器M5、共柵放大器M6和共源極放大 器M7組成，Buffer緩沖器的輸出信號RFout連接緩存器M5的柵極，M5的源極經(jīng)電阻R3連 接M7的漏極，直流偏置電路提供的偏置電壓VB2經(jīng)電阻R4連接M7的柵極，M7的源極接地， M6的柵極連接偏置電壓VB1，M6的漏極通過負(fù)載電阻R2接到電源VDD上。圖3c為本發(fā)明實(shí)施例2的帶Buffer、Balun并帶有電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)的LNA實(shí)例2的 電路結(jié)構(gòu)示意圖。LNA的實(shí)例2與實(shí)例1相比，輸出匹配網(wǎng)路多帶了一個(gè)電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)。電 容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)為四端網(wǎng)路，它與電容C2和電感L2諧振網(wǎng)絡(luò)為并聯(lián)連接。主放大器電路由共源共柵結(jié)構(gòu)的MOS管M1、M2、電感L2以及電容C2和C3以及開 關(guān)管M9組成。射頻信號輸入經(jīng)過輸入匹配電路送到MOS管Ml的柵極，Ml的漏極連接MOS 管M2的源極，MOS管M2柵極經(jīng)過由電阻Rl和電容C7串聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)低通濾波接到電源 VDD上，MOS管M2漏極連接輸出匹配電路。
輸出匹配電路采用一個(gè)開關(guān)振蕩器實(shí)現(xiàn)選頻。開關(guān)振蕩器由電容C2、C3、電感L2 和開關(guān)管M9以及電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)組成，電容修調(diào)網(wǎng)絡(luò)用于克服工藝偏差造成的影響，控制字 作為控制電壓Vctr來控制M9的開和關(guān)。開關(guān)振蕩器的阻抗等效為并聯(lián)RLC電路。當(dāng)改變 Vctr時(shí)，電容和電阻都會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)Vctr為高電平時(shí)(1. 8V)，開關(guān)管M9關(guān)斷，其溝道電 阻斷開與電容Cl串聯(lián)，提高LNA輸出網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因子，開關(guān)振蕩器的電容為低電容值，回路 在1575. 42MHz附近振蕩，在此頻段獲得所需的高增益；當(dāng)Vctr為低電平時(shí)(OV)，開關(guān)管M9 開通時(shí)，其溝道電阻與電容Cl串聯(lián)，降低LNA輸出網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因子，開關(guān)振蕩器的電容為高 電容值，回路在附近振蕩，在此頻段附近獲得所需的高增益。M9的取值對LNA在兩 個(gè)頻段里的增益性能影響很大。為了減少這個(gè)對增益的影響，可以增大M9的寬度。但是， 這會(huì)增大M9的寄生電容，從而降低LNA在12^MHz的增益。所以，M9的寬度要選擇好，以 平衡M9開通和關(guān)斷時(shí)LNA的增益。最后，M9的寬度取120 μ m。圖北和3c中的直流偏置電路由共源共柵結(jié)構(gòu)的MOS管MlO M12以及二極管方 式連接的M15 M17、隔離電阻R5 R6和濾波電容C6組成，其中MlO M12為PMOS管， 其連接關(guān)系為外部基準(zhǔn)電流源DC提供的恒定電流輸入到以二極管方式共柵漏極連接的 PMOS管M10，同時(shí)為MlO M12提供柵極電壓，經(jīng)過電流鏡陣列鏡像獲得兩組電流。其中一 組通過隔離電阻R5和R6向LNA的輸入跨導(dǎo)管Ml和源極跟隨器中的M4輸送偏置電流。另 一組鏡像電流流過二極管方式連接的MOS管M15、M17獲得兩個(gè)偏置電壓VBl和VB2，為有 源Balun的M5和M7提供靜態(tài)工作電壓VBl和VB2。LNA的Ml直流偏置是通過鏡像電流來 提供，鏡像電流是通過基準(zhǔn)電流源DC產(chǎn)生，電流值穩(wěn)定，所以LNA的靜態(tài)工作電流能保持穩(wěn) 定，就避免了電阻分壓產(chǎn)生的偏置電壓受電源波動(dòng)而出現(xiàn)偏差，而且可以抑制地彈效應(yīng)對 電路造成的影響，提高了電路的穩(wěn)定性。Buffer緩存器由MOS管M3、M4組成，參見圖3b和圖3c。MOS管M3的柵極連接主 放大器電路輸出端即M2漏極，M3的漏極接在電源VDD上，MOS管M4的柵極連接直流偏置電 路提供的偏置電壓VB3，M4的源極接地，MOS管M3的源極連接M4的漏極為Buffer的輸出 端RFout。采用Buffer完成直流電平轉(zhuǎn)換，LNA的輸出通過Buffer輸出到有源Balun，為 下一級有源Balim提供合適的偏置電壓，還可提高LNA的反向隔離度，從而提高電路的穩(wěn)定 性。本發(fā)明實(shí)施實(shí)例提出的有源換端器Balim電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖北和圖3c中所 示。這是一種單端轉(zhuǎn)雙端的CMOS有源Balim電路結(jié)構(gòu)，利用共源極放大電路輸出信號與輸 入信號相位相反，共柵極放大電路輸出信號與輸入信號同相的原理，再通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電路 增益，實(shí)現(xiàn)由單端信號向兩端差分信號的轉(zhuǎn)換，得到相位相反、幅度相同的差分輸出信號。 圖3c中的有源Balun由MOS差分對管M5 M7，C8 ClO以及R2 R4構(gòu)成，M5為緩沖級， M6為共柵極放大器，M7為共源極放大器。由緩沖器Buffer輸出的LNA放大后的RFout信 號接到M5的柵極，輸入的RFout信號經(jīng)M5緩沖后，分別送給共柵極放大器M6和共源極放 大器M7，兩放大器增益的極性相反，通過MOS放大器M6和M7兩管子的尺寸控制，使兩放大 器的增益相同，得到兩輸出信號幅度相同、相位相差180度的差分信號。LNA低噪聲放大后 的射頻信號經(jīng)Buf fer緩存器接入到由有源Balim，產(chǎn)生幅度相同、相位相差180度的一對差 分信號，通過差分對管M6 M7換端為兩個(gè)差分輸出端RF0UT_P和RF0UT_N。目前最常見的LNA電路輸入匹配部分結(jié)構(gòu)是源極電感負(fù)反饋，該結(jié)構(gòu)有利于獲得高增益和低噪聲系數(shù)，但缺陷是需要提供一個(gè)大感值的柵極電感，在片上集成大感值的螺 旋電感較困難，而且不利于電路集成的小型化，大值柵極電感的寄生阻抗較大，會(huì)產(chǎn)生較大 噪聲。本發(fā)明實(shí)施例2 LNA的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)如圖3d所示，它是基于并聯(lián)LC結(jié)構(gòu)的寬帶輸 入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，用一個(gè)小電感值的并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)替代大電感值的柵極電感并省略源極負(fù) 反饋電感Ls，進(jìn)一步降低噪聲系數(shù)和簡化電路。在輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端使用如圖3d所示 的L1和C1并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，假設(shè)電感為一感抗L1和一寄生電阻R1串聯(lián)，通過求解使輸入阻抗為 50歐姆的電阻優(yōu)化方程，可實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)頻段的輸入阻抗匹配。該輸入匹配網(wǎng)絡(luò)等效阻抗為
1
Z = JoLci^Rcil其中，ω為低噪聲放大器的中心工作頻率
權(quán)利要求
1.一種多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端構(gòu)成方法，包括以下步驟(1)多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端簡稱多模式多頻段射頻前端的射頻輸入信 號包括已有的各型衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的信號；(2)多模式多頻段射頻前端采用參數(shù)可配置的模塊結(jié)構(gòu)，能工作于多種模式和多個(gè)頻 段，至少包括低中頻模式和零中頻模式，能接收不同導(dǎo)航系統(tǒng)的信號或接收同一個(gè)導(dǎo)航系 統(tǒng)內(nèi)不同頻段的信號；(3)多模式多頻段射頻前端模塊至少包括可配置的低噪聲放大器、可配置的頻率合成 器、混頻器、多模式濾波器和自動(dòng)增益控制放大器；(4)多模式多頻段射頻前端的參數(shù)配置由若干子模塊分工實(shí)現(xiàn)a.采用可配置的多頻段低噪聲放大器，通過程控配置選擇所需的模式和頻段參數(shù)，實(shí) 現(xiàn)多模式多頻段射頻輸入信號的接收和低噪聲放大；b.采用可配置的頻率合成器，通過程控配置產(chǎn)生所需的本地載波，通過混頻器與步驟 a輸出的所需模式和頻段參數(shù)的射頻信號進(jìn)行混頻放大，得到相應(yīng)所需的中頻信號；c.采用雙模式多狀態(tài)濾波器，通過程控配置選擇濾波器工作在相應(yīng)的濾波模式和狀態(tài)；(5)程控配置由接收機(jī)系統(tǒng)通過編程給相應(yīng)子模塊輸出開關(guān)控制字，相應(yīng)子模塊通過 控制一組控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)配置選擇；(6)使多頻段低噪聲放大器的參數(shù)配置和頻率合成器VCO的本地載波配置協(xié)同滿足選 擇接收特定的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的前端處理?xiàng)l件；(7)使多頻段低噪聲放大器的參數(shù)配置和多模式濾波器的濾波模式配置協(xié)同滿足選擇 接收特定的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的前端處理?xiàng)l件；(8)多模式多頻段射頻前端為單端信號輸入，采用換端器實(shí)現(xiàn)兩端差分信號輸出，以便 有效降低混頻器的共模噪聲和減小本地振蕩器到混頻器輸出的泄漏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法構(gòu)成的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，包括 依次連接的可配置的低噪聲放大器LNA、緩沖器Buffer、有源換端器Balim、折疊式混頻器、 可配置的頻率合成器VC0、可配置的多模式濾波器以及自動(dòng)增益控制放大器AGC，還有偏置 電路，各個(gè)電路都為子模塊結(jié)構(gòu)；其中可配置的多頻段低噪聲放大器為多頻段的單端輸入和單端輸出電路結(jié)構(gòu)，通過程控配 置選擇接收指定的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；連接可配置的低噪聲放大器LNA輸出端的緩沖器Buffer為一個(gè)直流電平轉(zhuǎn)換器；連接緩沖器Buffer輸出端的有源換端器Balim為一個(gè)由共源極放大器和共柵極放大 器構(gòu)成的換端器，實(shí)現(xiàn)單端信號輸入轉(zhuǎn)換為I和Q兩端差分信號輸出，I和Q兩端差分輸出 信號的相位相反、幅度相同；連接有源換端器Balim的I和Q兩差分輸出端的混頻器為折疊式無源混頻器；可程控配置的頻率合成器VCO連接混頻器的卒振輸入端，VCO通過程控配置為混頻器 提供相應(yīng)的本地振蕩信號；連接混頻器的I和Q兩路差分輸出端的可配置的多模式濾波器為可程控配置的數(shù)字濾 波器；通過程控配置選擇相應(yīng)的工作模式，實(shí)現(xiàn)對I和Q兩路差分信號的低通濾波或鏡像抑 制濾波；連接可配置的多模式濾波器輸出端的自動(dòng)增益控制放大器AGC，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字濾波器輸 出的I和Q兩路差分信號的增益控制，送出I和Q兩路差分前端輸出信號；偏置電路為各個(gè)子模塊提供直流偏置，建立靜態(tài)工作點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征在于 所述可配置的低噪聲放大器LNA由輸入匹配電路、主放大器、輸出匹配電路、直流偏置電路 和程控配置控制開關(guān)組構(gòu)成；輸入匹配電路、輸出匹配電路和程控配置控制開關(guān)組構(gòu)成低 噪聲放大器的一個(gè)編程可控的頻段和模式選擇電路；射頻信號經(jīng)由輸入匹配電路連接到主 放大器輸入端，主放大器輸出端和電源之間接入輸出匹配電路，直流偏置電路為主放大器 輸入端提供偏置；程控配置控制開關(guān)組連接到輸出匹配電路的控制端；其中輸入匹配電路為輸入諧振網(wǎng)絡(luò)，采用一個(gè)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以小的電容或 電感值來獲得等效的大的電容或電感值，以低難度實(shí)現(xiàn)大電感以及寬頻帶輸入匹配，同時(shí) 有效改善噪聲性能；輸出匹配網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)可編程配置的多種取值的LC網(wǎng)絡(luò)，通過配置輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的電 容取值實(shí)現(xiàn)多個(gè)諧振頻點(diǎn)和Q值調(diào)整；直流偏置電路為電流鏡像電路，基準(zhǔn)電流經(jīng)過一定比例的鏡像為電路提供所需的靜態(tài) 工作電流；程控配置控制開關(guān)組為一組柵極接數(shù)字控制信號的MOS管，通過系統(tǒng)編程對數(shù)字控制 信號進(jìn)行編碼來按位控制輸出匹配網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)MOS管的關(guān)斷和導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)電容網(wǎng)絡(luò)取值的 調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征在 于所述可配置的低噪聲放大器LNA的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)編程可控的多種取值的電容修 調(diào)陣列和電感構(gòu)成的輸出諧振網(wǎng)絡(luò)；電容修調(diào)陣列包括一組控制開關(guān)和一組電容，通過編 程控制調(diào)節(jié)電容修調(diào)陣列的電容取值，實(shí)現(xiàn)諧振頻點(diǎn)和Q值的調(diào)整，使得輸出匹配網(wǎng)絡(luò)按 照接收機(jī)系統(tǒng)編程的控制字諧振在接收機(jī)系統(tǒng)所需的相應(yīng)信號頻率點(diǎn)，提高低噪聲放大器 LNA的增益，降低系統(tǒng)級聯(lián)噪聲。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征還 在于所述輸出諧振網(wǎng)絡(luò)的編程可控的多種取值的電容修調(diào)陣列為一個(gè)編程可控的N種取 值的電容修調(diào)陣列，N取值范圍為3 15 ；N取值為3或4的電容修調(diào)陣列，通過編程控制 獲得三種或四種修調(diào)電容值，用于克服工藝偏差帶來的影響；5 < N < 15取值的電容修調(diào) 陣列，用于克服工藝偏差帶來的影響，同時(shí)能在開關(guān)控制字調(diào)節(jié)的多個(gè)頻段上進(jìn)行調(diào)整，通 過編程控制獲得五種或十五種修調(diào)電容值，能在多個(gè)頻段上精細(xì)修調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征在于 所述緩沖器Buffer為一個(gè)源極跟隨電路結(jié)構(gòu)的直流電平轉(zhuǎn)換器；源極跟隨器中跟隨MOS 管的柵極連接前級主放大器的輸出端，源極接電流源，源極和電流源的串聯(lián)接點(diǎn)為輸出端 RFout，接到有源換端器Balun的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征在 于所述有源換端器Balim由緩存器、共源極放大器和共柵放大器組成，LNA輸出的放大信 號接在緩存器輸入端的柵極，緩存器輸出端的源極連接共源極放大器的漏極和共柵放大器 的輸入端，采用共柵放大管同相放大和共源極放大管反向放大的結(jié)構(gòu)，將單端信號轉(zhuǎn)換為雙端差分信號；有源換端器將接收到的單端信號經(jīng)過緩沖后分別送到一個(gè)共源放大器和共 柵放大器，兩者增益相同極性相反，產(chǎn)生幅度相同而相位相反的兩個(gè)差分輸出信號，分送折 疊式混頻器的兩個(gè)混頻器；這種結(jié)構(gòu)Balim使差分信號的相位誤差和幅度誤差較小，能有 效抑制輸出到后級電路的共模噪聲。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征在于 所述折疊式混頻器為折疊式無源混頻器，由跨導(dǎo)級、開關(guān)級、負(fù)載電路和直流偏置電路組 成；射頻信號RFout-P和RFout-N接入跨導(dǎo)級的兩個(gè)輸入端，跨導(dǎo)級的兩個(gè)輸出端各自連 接一個(gè)開關(guān)級，卒振信號LOIN和LOIP分別接入兩個(gè)開關(guān)級，開關(guān)級各自連接負(fù)載電路，一 開關(guān)級的兩個(gè)負(fù)載端輸出射頻信號VOIN和V0IP，另一開關(guān)級的兩個(gè)負(fù)載端輸出射頻信號 VOQN和V0QP，送到可配置的多模式濾波器；該折疊式無源混頻器的信號預(yù)放大和信號混頻 分步完成，獨(dú)立優(yōu)化，既提高射頻前端的線性度，又減小電路的閃爍噪聲。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征在于 所述跨導(dǎo)級為自偏置CMOS反相器結(jié)構(gòu)，跨導(dǎo)級包括自偏置CMOS反相器和負(fù)載電阻；自偏置 CMOS反相器用帶有反饋電阻的CMOS反向器構(gòu)成，負(fù)載電阻為由兩個(gè)PMOS管組成的等效LC 網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)PMOS管代替了傳統(tǒng)折疊式結(jié)構(gòu)中的LC諧振網(wǎng)絡(luò)，能有效減少芯片的電路面積， 同時(shí)能提高跨導(dǎo)級等的效跨導(dǎo)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或8所述的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)射頻前端模塊，其特征在 于所述可配置的多模式濾波器為低通/復(fù)數(shù)濾波兩模式濾波器，由2路六階巴特沃斯結(jié)構(gòu) 濾波器、一路六節(jié)低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器構(gòu)成；在2路六階巴特沃斯結(jié)構(gòu)濾波器之 間接一路六節(jié)低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器，六節(jié)低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器的各 節(jié)與2路六階巴特沃斯結(jié)構(gòu)濾波的各階輸出端一一對應(yīng)連接，每節(jié)低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦 合回轉(zhuǎn)器有兩個(gè)控制開關(guān)，受控于開關(guān)控制字，用于低通濾波器與復(fù)數(shù)濾波器兩模式的切 換；巴特沃斯濾波器鏈路上的每個(gè)跨導(dǎo)單元和低通/復(fù)數(shù)濾波通道耦合回轉(zhuǎn)器上的每個(gè)跨 導(dǎo)單元都是由不同跨導(dǎo)值的多個(gè)跨導(dǎo)器和多選一控制器組成，每個(gè)跨導(dǎo)單元中的多個(gè)跨導(dǎo) 器工作是多選一模式，只有被選中的一個(gè)跨導(dǎo)器工作。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可配置的多模式多頻段衛(wèi)星導(dǎo)航接收方法以及用該方法構(gòu)成的射頻前端模塊。前端模塊能接收GPS、北斗、Galileo以及GLONASS的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)信號。該模塊包括帶Buffer和有源Balun的可配置LNA，帶可配置頻率合成器VCO的折疊式無源混頻器，可配置的多模式濾波器，自動(dòng)增益控制放大器AGC和直流偏置電路，還包括來自接收系統(tǒng)的多模式多頻段程控編碼的開關(guān)控制字。通過接收系統(tǒng)編程的控制字，前端模塊可滿足多頻段和多模式工作，以單路信號輸入，兩路差分信號輸出，射頻前端電路構(gòu)成簡單可靠，不需復(fù)雜的時(shí)分復(fù)用控制系統(tǒng)和片外模塊，成本低，靈活性好，改善整個(gè)接收機(jī)射頻前端的噪聲性能及多模式多頻段信號處理能力。本發(fā)明可應(yīng)用于不同時(shí)接收處理多種模式的衛(wèi)星導(dǎo)航信號以及依據(jù)需要在不同時(shí)段接收處理所需模式的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的接收機(jī)。
文檔編號H04B7/185GK102096079SQ20091025870
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月12日
發(fā)明者于云豐, 葉甜春, 莊海孝, 馬成炎 申請人:杭州中科微電子有限公司