專(zhuān)利名稱(chēng):一種解決零中頻接收機(jī)直流漂移的方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線局域網(wǎng)射頻前端(Radio-Frequency Front-End)技術(shù)領(lǐng)域：
，提出一種解決零中頻接收機(jī)直流漂移的方法及其電路。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)、3G技術(shù)、藍(lán)牙(Bluetooth)等無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了在GHz頻段范圍內(nèi)的集成無(wú)線接收機(jī)的進(jìn)一步研究。基于這些無(wú)線通信的標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)機(jī)(Transceiver)前端架構(gòu)主要分為超外差式和直接下變頻式。
傳統(tǒng)的超外差式結(jié)構(gòu)以有很長(zhǎng)的歷史，將信號(hào)頻段(RF)，變頻至相對(duì)較低的中頻(IF)。中頻IF被濾波，放大，變頻至基帶，最后量化解調(diào)。中頻信號(hào)處理要求具備中頻濾波功能，而實(shí)現(xiàn)這些功能的器件屬于片外無(wú)源器件，功率很大，而且這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生鏡像信號(hào)，在超外差結(jié)構(gòu)的接收機(jī)中，除去鏡像信號(hào)也是一個(gè)很大的難點(diǎn)。
而對(duì)于直下變頻結(jié)構(gòu)接收機(jī)，如果中頻的中心頻率設(shè)計(jì)為零，那么就不存在鏡像信號(hào)抑制的問(wèn)題，不再需要片外中頻濾波器，結(jié)構(gòu)如圖1所示。直接下變頻接收機(jī)(Direct-Conversion Receiver，DCR)降低了對(duì)RF濾波器的靈敏度要求，去除了中頻模擬器件，可實(shí)現(xiàn)更高集成度。由于采用零中頻，接收機(jī)的直流漂移是直下變頻接收機(jī)的最主要的缺點(diǎn)，直流漂移過(guò)大會(huì)使下一級(jí)功能單元飽和，將嚴(yán)重影響下一級(jí)的基帶信號(hào)的處理。直流漂移主要來(lái)自于集成電路中器件的失配和本振頻率直混頻(LO leakage self-mixing)，前者可以通過(guò)在版圖布局和工藝實(shí)現(xiàn)是加以抑制，后者必須通過(guò)一些額外的處理電路降低這些效應(yīng)對(duì)接收機(jī)的影響。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于使用模擬反饋的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)零中頻射頻接收機(jī)直流漂移的抑制。這種方法的主要通過(guò)在有源混頻器的中頻輸出端接入反饋電路，用電容倍增的方法使電路的截至頻率符合零中頻的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而抑制混頻器輸出端直流漂移，并實(shí)現(xiàn)在單片射頻接收機(jī)的集成。
目前消除零中頻直流漂移的方法，主要采用濾波的方法，這樣的方法有較大的電阻與電容，通常很難集成在單片集成電路中。在零中頻接收機(jī)中，混頻器采用有源的平衡吉爾伯特結(jié)構(gòu)，這種消除零中頻直流漂移的方法，主要在混頻器的負(fù)載段，加上有源負(fù)載。如果混頻器的輸出信號(hào)的直流漂移通過(guò)一個(gè)模擬反饋網(wǎng)絡(luò)，控制混頻器的有源負(fù)載，從而減少混頻器輸出IF的直流漂移。
本發(fā)明基本的設(shè)計(jì)思路為有直流漂移的信號(hào)IF從混頻器輸出，IF輸出反饋到一個(gè)包括差模和共模網(wǎng)絡(luò)的反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋網(wǎng)絡(luò)輸出的控制信號(hào)，進(jìn)入混頻器的有源負(fù)載部分，調(diào)節(jié)混頻器負(fù)載的電流大小，從而抑制兩端的電流失配，基本結(jié)構(gòu)如圖1。其中，反饋網(wǎng)絡(luò)必須具備，很高增益，很低的截至頻率，而且對(duì)接收機(jī)不附加較多的噪聲。
本發(fā)明包括一個(gè)零中頻直接下變頻的混頻器，一個(gè)帶電容倍增的差模模擬反饋網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)共模反饋網(wǎng)絡(luò)。直接下變頻混頻器采用雙端輸入或者單端輸入，在輸出端使用電阻負(fù)載，運(yùn)用差模和共模反饋網(wǎng)絡(luò)調(diào)整電阻負(fù)載的電流大小，運(yùn)用這部分可變的控制電流，調(diào)整混頻器的輸出，并抑制直流漂移。在差模反饋網(wǎng)絡(luò)中，輸入端加入電阻網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)輸入的直流電平，第一級(jí)設(shè)計(jì)為主放大器，第二級(jí)設(shè)計(jì)為一個(gè)米勒電容的倍增器；在共模網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)把差分的IF兩段通過(guò)一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成一個(gè)共模電平，與參考電壓相比較，共模網(wǎng)絡(luò)一個(gè)重要組成部分是電壓比較電路。
一種解決零中頻接收機(jī)抑制直流漂移電路在接收機(jī)的混頻器(Mixer)運(yùn)用模擬反饋的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)直流漂移的抑制，包括一個(gè)零中頻直接下變頻的混頻器，一個(gè)帶電容倍增的差模模擬反饋網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)共模反饋網(wǎng)絡(luò)。
所述的抑制直流漂移電路，信號(hào)從混頻器輸出端中頻IF信號(hào)接入兩個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)，用兩對(duì)對(duì)稱(chēng)的有源負(fù)載實(shí)現(xiàn)低頻的負(fù)反饋，抑制直流漂移。
所述的抑制直流漂移電路，差模反饋網(wǎng)絡(luò)具有很低截至頻率的差分運(yùn)算放大器，消除混頻器輸出的信號(hào)中信道外差模直流漂移，并且對(duì)信道內(nèi)信號(hào)不起到抑制作用。
所述的抑制直流漂移電路，其差模反饋網(wǎng)絡(luò)使用兩級(jí)帶帶電容倍增的運(yùn)算放大器，在減小片內(nèi)電容面積的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)反饋網(wǎng)絡(luò)中的濾波功能。
所述的抑制直流漂移電路，混頻器輸出端使用一個(gè)共模反饋網(wǎng)絡(luò)，抑制混頻器輸出端器件不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致的共模直流漂移。
所述的抑制直流漂移電路，反饋網(wǎng)絡(luò)第一級(jí)運(yùn)用雙級(jí)器件，減小附加噪聲。
所述的抑制直流漂移電路，信號(hào)經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端作為控制信號(hào)，接入由MOSFET所構(gòu)成的有源電阻，使混頻器輸出端直流漂移得到有效抑制。
所述的抑制直流漂移電路，差模反饋網(wǎng)絡(luò)，在輸入端加入電阻網(wǎng)絡(luò)，第一級(jí)為主放大器，第二級(jí)為一個(gè)米勒電容的倍增器。
本發(fā)明在直下變頻混頻器輸出端，運(yùn)用模擬反饋的網(wǎng)絡(luò)，抑制零中頻接收機(jī)的直流漂移，與現(xiàn)有的方法比較具有以下特點(diǎn)1.處理電路直接在混頻器輸出端。
2.顯著降低了處理電路的面積。
3.顯著抑制了接收機(jī)的直流漂移。
4.顯著改善了零中頻接收機(jī)的性能。
5.反饋網(wǎng)絡(luò)具有很低的截止頻率。
本發(fā)明可運(yùn)用于各種無(wú)線接收機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合，如無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、CDMA等各種需要使用無(wú)線通信的領(lǐng)域。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖及實(shí)施步驟對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的描述圖1是帶有直流漂移抑制電路零中頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是吉爾伯特混頻器單元圖。
圖3帶Miller倍增的電容反饋網(wǎng)絡(luò)圖。
圖4共模反饋網(wǎng)絡(luò)圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示帶有直流漂移抑制電路零中頻接收機(jī)包括低噪聲放大器、混頻器、直流漂移抑制電路和基帶處理器。直流漂移抑制電路包括差模反饋網(wǎng)絡(luò)，共模反饋網(wǎng)絡(luò)和有源負(fù)載。低噪聲放大器的RF信號(hào)輸入到混頻器，混頻器的輸出信號(hào)IF信號(hào)輸出到差模反饋網(wǎng)絡(luò)和共模反饋網(wǎng)絡(luò)、基帶處理器。
零中頻接收機(jī)直流漂移抑制電路設(shè)計(jì)步驟如下所述步驟一設(shè)計(jì)吉爾伯特雙平衡混頻器單元，并在輸出負(fù)載端增加有源負(fù)載。
1.確定混頻器單元；2.確定混頻器設(shè)計(jì)的指標(biāo)；3.確定有源負(fù)載，有源負(fù)載由混頻器輸出的幅度和對(duì)混頻器轉(zhuǎn)化增益的要求決定；有源負(fù)載采用PFET，與圖2中的RL1，RL2并聯(lián)，在此混頻器中增益Gain∝RL(1)4.確定PFET源漏電壓。電壓由(2)表述Vd＝Vcc-IdR1-(Vcc-IdR2)＝IdΔR (2)其中，Vfb有源負(fù)載的反饋電壓，VCC為電源電壓，在圖2中的`混頻器由于器件失配和LO自混頻引起的直流漂移可以等效為混頻器等效負(fù)載之間的差值。
5.確定反饋網(wǎng)絡(luò)的電流，如圖2，首先確定混頻器輸出端的的跨到Gm，根據(jù)(3)求得加入反饋網(wǎng)絡(luò)后的直流漂移電壓和反饋控制電路的環(huán)路增益，如公式(4)。
Ifb＝V′d·Gm(3)A＝Gm(RL1+RL2) (4)6.確定直流漂移抑制的大小。根據(jù)(3)和(4)，可以計(jì)算出要求得的抑制直流漂移的大小，如公式(5)所示Vd′/Vd=11+A---(5)]]>其中V′d加入反饋控制的直流漂移值，A為反饋控制電路的環(huán)路增益，Vd沒(méi)有反饋控制的直流漂移電壓。例如環(huán)路增益為100，可以使直流漂移降低1％。
步驟二設(shè)計(jì)差模反饋網(wǎng)絡(luò)根據(jù)基帶信號(hào)的要求(如IEEE802.11.a最低子信道的中心頻率為156.25KHz)，要使反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)信道不產(chǎn)生影響，其截止頻率必須符合基帶信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)。差模反饋的網(wǎng)絡(luò)如圖3所示在輸入端加入電阻網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)輸入的直流電平，第一級(jí)為主放大器，第二級(jí)為一個(gè)米勒電容的倍增器，這樣將很大程度上減少了集成電容的大小，降低了集成電容的面積。
等效面積的計(jì)算公式為C＝C1＝C2CM＝C·Gain2(6)其中C＝C1＝C2Gain2為第二級(jí)放大器的增益。
步驟如下1.確定第一級(jí)運(yùn)放增益；2.計(jì)算噪聲；3.確定其頻率響應(yīng)；4.根據(jù)(6)中的要求，設(shè)計(jì)下一級(jí)運(yùn)算放大器；5.確定米勒電容的大小，根據(jù)負(fù)載大小和基帶信號(hào)要求；6.確定差模反饋網(wǎng)絡(luò)的帶寬；步驟三設(shè)計(jì)共模反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)共模反饋網(wǎng)絡(luò)如圖4所示，首先根據(jù)要求控制反饋放大器的輸出增益和相位，根據(jù)IF共模電平選擇參考電壓。根據(jù)把差分的IF兩段通過(guò)一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成一個(gè)共模電平，與參考電壓相比較。
步驟如下1.確定混頻器輸出的直流電平；2.根據(jù)這個(gè)電平的大小選擇參考電壓；
3.設(shè)計(jì)一個(gè)單端輸入單端輸出的運(yùn)算放大器；4.估算頻率響應(yīng)；5.計(jì)算混頻器輸出端放置一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)的大小。
總結(jié)本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎，適用于射頻零中頻接收機(jī)，直接用模擬反饋的方法抑制直流漂移，抑制值可達(dá)30-40dB。另外，采用米勒倍增電容，顯著地降低了版圖的面積，占版圖面積的不到5％。但對(duì)于整個(gè)接收機(jī)而言，這樣這增加額外電路消耗，一定程度上也會(huì)降低線性度，影響接收機(jī)的增益和噪聲。
權(quán)利要求
1.一種解決零中頻接收機(jī)抑制直流漂移電路在接收機(jī)的混頻器運(yùn)用模擬反饋的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)直流漂移的抑制，包括一個(gè)零中頻直接下變頻的混頻器，一個(gè)帶電容倍增的差模模擬反饋網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)共模反饋網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的抑制直流漂移電路，其特征在于信號(hào)從混頻器輸出端中頻IF信號(hào)接入兩個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)，用兩對(duì)對(duì)稱(chēng)的有源負(fù)載實(shí)現(xiàn)低頻的負(fù)反饋，抑制直流漂移。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的抑制直流漂移電路，其特征在于差模反饋網(wǎng)絡(luò)具有很低截至頻率的差分運(yùn)算放大器，消除混頻器輸出的信號(hào)中信道外差模直流漂移，并且對(duì)信道內(nèi)信號(hào)不起到抑制作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的抑制直流漂移電路，其特征在于其差模反饋網(wǎng)絡(luò)使用兩級(jí)帶帶電容倍增的運(yùn)算放大器，在減小片內(nèi)電容面積的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)反饋網(wǎng)絡(luò)中的濾波功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的抑制直流漂移電路，其特征在于混頻器輸出端使用一個(gè)共模反饋網(wǎng)絡(luò)，抑制混頻器輸出端器件不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致的共模直流漂移。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的抑制直流漂移電路，其特征在于反饋網(wǎng)絡(luò)第一級(jí)運(yùn)用雙級(jí)器件，減小附加噪聲。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的抑制直流漂移電路，其特征在于信號(hào)經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端作為控制信號(hào)，接入由MOSFET所構(gòu)成的有源電阻，達(dá)到混頻器輸出端直流漂移的抑制。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1或3或4所述的抑制直流漂移電路，其特征在于差模反饋網(wǎng)絡(luò)，在輸入端加入電阻網(wǎng)絡(luò)，第一級(jí)為主放大器，第二級(jí)為一個(gè)米勒電容的倍增器。
9.一種零中頻接收機(jī)直流漂移抑制電路設(shè)計(jì)步驟，如下所述步驟一設(shè)計(jì)吉爾伯特雙平衡混頻器單元，并在輸出負(fù)載端增加有源負(fù)載，(1)確定混頻器單元；(2)確定混頻器設(shè)計(jì)的指標(biāo)；(3)確定有源負(fù)載，有源負(fù)載由混頻器輸出的幅度和對(duì)混頻器轉(zhuǎn)化增益的要求決定；在此混頻器中增益Gain∝RL(1)(4)確定PFET源漏電壓，電壓由(2)表述Vd＝Vcc-IdR1-(Vcc-IdR2)＝IdΔR (2)其中，Vfb有源負(fù)載的反饋電壓，VCC為電源電壓，(5)確定反饋網(wǎng)絡(luò)的電流，首先確定混頻器輸出端的的跨到Gm，根據(jù)(3)求得加入反饋網(wǎng)絡(luò)后的直流漂移電壓和反饋控制電路的環(huán)路增益，如公式(4)，Ifb＝Vd′·Gm(3)A＝Gm(RL1+RL2) (4)(6)確定直流漂移抑制的大小，根據(jù)(3)和(4)，可以計(jì)算出要求得的抑制直流漂移的大小，如公式(5)所示Vd′Vd=11+A...(5)]]>其中V′d加入反饋控制的直流漂移值，A為反饋控制電路的環(huán)路增益，Vd沒(méi)有反饋控制的直流漂移電壓，步驟二設(shè)計(jì)差模反饋網(wǎng)絡(luò)根據(jù)基帶信號(hào)的要求，要使反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)信道不產(chǎn)生影響，其截止頻率必須符合基帶信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，等效面積的計(jì)算公式為C＝C1＝C2CM＝C·Gain2(6)其中C＝C1＝C2，Gain2為第二級(jí)放大器的增益步驟如下1.確定第一級(jí)運(yùn)放增益；2.計(jì)算噪聲；3.確定其頻率響應(yīng)；4.根據(jù)(6)中的要求，設(shè)計(jì)下一級(jí)運(yùn)算放大器；5.確定米勒電容的大小，根據(jù)負(fù)載大小和基帶信號(hào)要求；6.確定差模反饋網(wǎng)絡(luò)的帶寬；步驟三設(shè)計(jì)共模反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)共模反饋網(wǎng)絡(luò)，首先根據(jù)要求控制反饋放大器的輸出增益和相位，根據(jù)IF共模電平選擇參考電壓，根據(jù)把差分的IF兩段通過(guò)一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成一個(gè)共模電平，與參考電壓相比較步驟如下1.確定混頻器輸出的直流電平；2.根據(jù)這個(gè)電平的大小選擇參考電壓；3.設(shè)計(jì)一個(gè)單端輸入單端輸出的運(yùn)算放大器；4.估算頻率響應(yīng)；5.計(jì)算混頻器輸出端放置一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)的大小。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線局域網(wǎng)射頻前端技術(shù)領(lǐng)域：
，提出一種解決零中頻接收機(jī)直流漂移的方法及其電路。在接收機(jī)的混頻器(Mixer)運(yùn)用模擬反饋的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)直流漂移的抑制。包括一個(gè)零中頻直接下變頻的混頻器，一個(gè)帶電容倍增的差模模擬反饋網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)模擬共模反饋網(wǎng)絡(luò)。直流漂移抑制電路設(shè)計(jì)步驟如下步驟一設(shè)計(jì)吉爾伯特雙平衡混頻器單元，并在輸出負(fù)載端增加有源負(fù)載；步驟二設(shè)計(jì)差模反饋網(wǎng)絡(luò)步驟三設(shè)計(jì)共模反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H03D7/00GK1992536SQ200510136595
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日
發(fā)明者許奇明, 石寅, 高鵬, 顏峻, 陳弘達(dá) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan