接收器前端電路、通信模塊以及用于接收器前端電路的方法
【專利摘要】一種接收器前端電路，包括一第一接收器路徑以及一第二接收器路徑。第一接收器路徑至少包括：一第一低噪聲跨導(dǎo)器，用來放大一接收信號以及輸出一第一放大后接收信號；以及一第一混頻器，用來對第一放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換。第二接收器路徑至少包括：一第二跨導(dǎo)器，用來放大接收信號以及輸出一第二放大后接收信號；以及一第二混頻器，用來對第二跨導(dǎo)器輸出的第二放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換；一基頻放大器，包括一輸入端及一輸出端；及一第一電阻，用來將基頻放大器的輸入端耦接至輸出端，以及將第二跨導(dǎo)器輸出的第二放大后接收信號從電流轉(zhuǎn)換為電壓，且設(shè)定第二接收器路徑中的一電壓增益。一第二電阻耦接至第一接收器路徑以及第二接收器路徑。
【專利說明】接收器前端電路、通信模塊以及用于接收器前端電路的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及接收器前端電路，尤其涉及無線通信模塊的接收器前端電路，所述接 收器前端電路包括無電感低噪聲放大器以及噪聲消除電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 在無線通信領(lǐng)域中，通信接收器是通信模塊中的關(guān)鍵元件，可用來接收并處理無 線接收信號。通常，由于從遠(yuǎn)處無線傳送器傳來的信號傳遞衰減的緣故，當(dāng)無線傳送信號到 達(dá)接收器時，所接收到的信號的功率非常低。
[0003] 接收信號在被天線接收下來后，一般會先進(jìn)入接收器前端電路，例如集成電路或 是模塊。典型的接收器前端電路包括低噪聲放大器，接著是降頻轉(zhuǎn)換電路以及相關(guān)濾波器。 通常低噪聲放大器位于收發(fā)器設(shè)備中的天線開關(guān)或是收發(fā)雙工器之后，其中天線開關(guān)或是 收發(fā)雙工器用來將通過天線的傳送信號和接收信號分開。低噪聲放大器的作用則是盡量地 線性放大天線所接收進(jìn)來的所需信號。低噪聲放大器不僅用于處理較微弱的所需信號，同 時亦需要處理較大的干擾（例如收發(fā)雙工器對傳送器泄漏的消除不夠完全）。低噪聲放大 器的增益可以消除接收器中后級元件造成的噪聲影響，然而低噪聲放大器裝置/電路本身 所造成的噪聲則會直接被饋入接收信號。因此，低噪聲放大器所制造的噪聲在此是一關(guān)鍵 的系數(shù)，其影響接收信號能否在被放大之后不帶有噪聲與失真的成分，同時還要兼具低功 耗的低噪聲放大器設(shè)計。如此一來，接收器的后續(xù)電路（基頻電路及/或降頻轉(zhuǎn)換電路） 中才能順利地將信號正確地擷取下來。
[0004] 高效能的低噪聲放大器通常為電流模式輸出接口（用作跨導(dǎo)放大器，或稱跨導(dǎo) 器），且具有低噪聲系數(shù)（low-noise factor,簡稱NF或F)(-般普遍在ldB的大小），并 應(yīng)具有夠大的互調(diào)（intermodulation)以及壓縮點（三階攔截點（third order intercept point, IP3))以及l(fā)dB的壓縮點（ldB compression point, PldB))的效能表現(xiàn)。設(shè)計低噪聲 放大器的其它重要條件還包括：操作帶寬、增益平坦度、穩(wěn)定度以及輸入和輸出電壓常駐波 比（voltage standing wave ratio, VSWR)。另一關(guān)鍵的低噪聲放大器質(zhì)量要素是：獲得天 線和低噪聲放大器輸入之間良好的阻抗匹配。通常對這一潛在問題的解決方法是：使用含 有電感源極退化（inductive source degeneration)的共源極稱合晶體管（common-source coupled transistor)的芯片上低噪聲放大器。源極電感在目標(biāo)頻率處共振以得到實值輸 入阻抗。不過，由于電感電路的共振效應(yīng)，此類型的低噪聲放大器的帶寬較低，且有時對必 須接收涵蓋在較寬范圍內(nèi)的信號的行動通信應(yīng)用來說較不合用，例如移動電話的帶寬分布 自 850MHz 至 2. 5GHz。
[0005] 在目前的移動電話裝置來說，其中的一種作法是利用若干低噪聲放大器來使其支 持完整的帶寬。當(dāng)中使用開關(guān)并依據(jù)所接收的頻率來啟動對應(yīng)的低噪聲放大器。此時每一 低噪聲放大器都各自具有其電感，以提供良好的增益以及低噪聲，但會使用到較大的集成 電路。電感元件所占的芯片面積以及衍生的芯片外匹配元件亦占據(jù)大量印刷電路板空間。 更糟的是，為了達(dá)到高Q值，芯片上電感的制造工序相當(dāng)昂貴。
[0006] 因此，接收器前端設(shè)計近來的趨勢乃是逐漸將電感淘汰，并以其它噪聲消除機(jī)制 來取代。不過，眾所皆知的是，不使用電感的低噪聲放大器設(shè)計要達(dá)到高線性度同時具有良 好噪聲系數(shù)是相當(dāng)困難的，其為了提供有效率的信號功率轉(zhuǎn)換，需要主動輸入匹配，使得線 性度以及噪聲系數(shù)表現(xiàn)都被限制。
[0007] 圖1為包括一噪聲消除迭接互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體低噪聲放大器（noise-cancelling cascode CMOS LNA)配置的一接收器前端電路100的一簡化電路圖。在美國專利 US8503967B2的說明書中提到，所示之接收器前端電路100中的噪聲消除功能的主要目的 在于實現(xiàn)無電感的前端電路設(shè)計。在此為說明無電感低噪聲放大器的低噪聲系數(shù)限制效 應(yīng)，接收器前端電路100包括一源極（利用具有一源極阻抗R sll〇的一輸入信號105來表 示）。迭接的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體115U20包括一反饋阻抗RFB125。接收器前端輸出140使 用第一和第二跨導(dǎo)放大器130、135的輸出加總來表不。由于輸入信號和源極阻抗R S110相 匹配，可知接收器前端電路的噪聲系數(shù)F可以表示如下：
[0008] 源極阻抗馬110的輸入匹配可以定義如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種接收器前端電路，包括一第一接收器路徑、一第二接收器路徑以及一第二電阻， 所述第一接收器路徑至少包括： 一第一低噪聲跨導(dǎo)器，用來放大一接收信號以及輸出一第一放大后接收信號；以及 一第一混頻器，用來對所述第一放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換； 所述第二接收器路徑至少包括： 一第二跨導(dǎo)器，用來放大所述接收信號以及輸出一第二放大后接收信號； 一第二混頻器，用來對所述第二跨導(dǎo)器輸出的所述第二放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn) 換； 一基頻放大器，包括一輸入端以及一輸出端；以及 一第一電阻，用來將所述基頻放大器的所述輸入端耦接至所述輸出端，以及將所述第 二跨導(dǎo)器輸出的所述第二放大后接收信號從電流轉(zhuǎn)換為電壓，并且設(shè)定所述第二接收器路 徑中的一電壓增益；以及 所述第二電阻的一端耦接至所述基頻放大器的所述輸出端，另一端耦接至所述第一接 收器路徑的第一混頻器的輸出端。
2. 如權(quán)利要求1所述的接收器前端電路，另包括一升頻轉(zhuǎn)換反饋路徑，所述升頻轉(zhuǎn)換 反饋路徑包括一第三混頻器以及一第三反饋電阻，用來對所述第二接收器路徑上的所述第 二放大后接收信號進(jìn)行升頻轉(zhuǎn)換，以及經(jīng)由所述第三反饋電阻將所述升頻轉(zhuǎn)換后的第二放 大后接收信號饋入至所述第一低噪聲跨導(dǎo)器的輸入端以及所述第二跨導(dǎo)器的輸入端。
3. 如權(quán)利要求2所述的接收器前端電路，其特征在于，所述升頻轉(zhuǎn)換反饋路徑另包括 一相位反相器，用來提供一負(fù)反饋輸入至所述第三混頻器。
4. 如權(quán)利要求2所述的接收器前端電路，其特征在于，所述第一混頻器、第二混頻器 和第三混頻器至少其中之一是一正交混頻器，且各自耦接至一跨導(dǎo)器的一差動或是單端輸 入。
5. 如權(quán)利要求2所述的接收器前端電路，其特征在于，所述第一混頻器、第二混頻器和 第三混頻器至少其中之一是一單端混頻器，且各自耦接至一跨導(dǎo)器的一單端輸入。
6. 如權(quán)利要求1所述的接收器前端電路，其特征在于，所述第二電阻用來針對經(jīng)由所 述第一接收器路徑的所述第一低噪聲跨導(dǎo)器以及所述第一混頻器傳送的所述接收信號的 一噪聲位準(zhǔn)，將所述第二接收路徑中的所述接收信號的一實質(zhì)非同相及實質(zhì)同振幅噪聲位 準(zhǔn)建立為經(jīng)由所述第一接收器路徑中的第一低噪聲跨導(dǎo)器以及第一混頻器的所述接收信 號的一噪聲位準(zhǔn)。
7. 如權(quán)利要求1所述的接收器前端電路，其特征在于，所述第二跨導(dǎo)器所采用的電流 位準(zhǔn)系數(shù)在所述第一低噪聲跨導(dǎo)器的一電流系數(shù)的二十分之一到二分之一的范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1所述的接收器前端電路，其特征在于，所述第一低噪聲放大器是一無 電感低噪聲放大器。
9. 一種通信模塊，包括如權(quán)利要求1-8項任一項所述的接收器前端電路。
10. -種用于接收器前端電路的方法，所述方法包括： 在一第一接收器路徑中無線接收一接收信號； 利用一第一低噪聲跨導(dǎo)器放大所述接收信號，以產(chǎn)生一第一放大后接收信號； 對所述第一放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換； 在一第二接收器路徑中無線接收所述接收信號； 在所述第二接收器路徑中放大所述接收信號，以產(chǎn)生一第二放大后接收信號； 對所述第二放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換； 將所述第二放大后接收信號從電流轉(zhuǎn)換為電壓； 通過一第一電阻將一基頻放大器的一輸入端耦接至一輸出端，來設(shè)定所述第二接收器 路徑的一電壓增益，所述基頻放大器用于接收所述降頻轉(zhuǎn)換后的第二放大后接收信號。
11. 如權(quán)利要求10所述的用于接收器前端電路的方法，另包括： 通過耦接至所述基頻放大器的所述輸出端的一第二電阻，來合并所述第一接收器路徑 輸出的降頻轉(zhuǎn)換后的第一放大后接收信號至第二接收器路徑輸出的降頻轉(zhuǎn)換后的第二放 大后接收信號。
12. 如權(quán)利要求11所述的用于接收器前端電路的方法，另包括：利用所述第二電阻，將 所述第二接收路徑中的所述第二放大后接收信號的一實質(zhì)非同相及實質(zhì)同振幅噪聲位準(zhǔn) 建立為經(jīng)由所述第一接收器路徑中的第一低噪聲跨導(dǎo)器以及第一混頻器的所述第一放大 后接收信號的一噪聲位準(zhǔn)。
13. 如權(quán)利要求10所述的用于接收器前端電路的方法，另包括： 將所述降頻轉(zhuǎn)換后的第二放大后接收信號饋入一升頻轉(zhuǎn)換反饋路徑，對所述第二接收 器路徑輸出的所述第二放大后接收信號進(jìn)行升頻轉(zhuǎn)換；以及 將所述升頻轉(zhuǎn)換后的第二放大后接收信號輸入至所述第一低噪聲跨導(dǎo)器的輸入端以 及所述第二跨導(dǎo)器的輸入端。
14. 一種接收器前端電路，包括一無電感低噪聲放大器，所述無電感低噪聲放大器包 括： 一第一接收器路徑，包括： 一第一低噪聲跨導(dǎo)器，用來放大一接收信號以及輸出一放大后接收信號；以及 一第一混頻器，用來對所述放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換； 一第二接收器路徑，包括： 一第二跨導(dǎo)器，用來放大所述接收信號以及輸出另一放大后接收信號；以及 一第二混頻器，用來對所述第二跨導(dǎo)器輸出的所述放大后接收信號進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換； 一基頻放大器，包括一輸入端以及一輸出端；以及 一第一電阻，用來將所述基頻放大器的所述輸入端耦接至所述輸出端，以及將所述第 二混頻器降頻轉(zhuǎn)換后的放大后接收信號從電流轉(zhuǎn)換為電壓，并且在所述第二接收器路徑中 形成一電壓增益；以及 一升頻反饋路徑，包括一第三混頻器以及第三反饋電阻，所述第三混頻器用來將所述 第二接收器路徑輸出的所述放大后接收信號升頻轉(zhuǎn)換，并且經(jīng)由所述第三反饋電阻，將所 述升頻轉(zhuǎn)換后的所述放大后接收信號饋入所述第一低噪聲跨導(dǎo)器以及所述第二跨導(dǎo)器的 輸入端。
【文檔編號】H04B1/16GK104218960SQ201410233901
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】廖之帆, 蔡明達(dá) 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司