一种低功耗双频带可重构射频接收前端电路

本发明涉及射频集成电路，具体一种低功耗双频带可重构射频接收前端电路。

背景技术：

1、在万物互联的发展趋势下，大量的物联网设备将接入全球网络，这将给通信设备和协议的集成带来许多挑战，尤其是交互性。无线连接技术已经成为物联网传感器节点的核心技术，显然也同样适用于物联网传感器节点。支持多协议的低成本物联网连接解决方案非常需要在亚ghz和2.4ghz免许可工业、科学和医疗频段中运行的全集成射频收发器。众所周知，使用较少带宽的亚ghz射频无线电路更适合低功率、低吞吐量和更高灵敏度的远程无线通信，另一方面，2.4ghz频段则适合在较小通信覆盖范围内的高数据速率应用。

2、鉴于未来的物联网传感器节点需要根据所需的数据速率和通信覆盖范围来灵活选择最优的通信协议并节约功耗，因此支持亚ghz和2.4ghz频段的可重构射频收发器成为以低成本实现无线连接的最佳解决方案。另一方面，无线频谱的拥挤，使得设备之间的干扰越来越严峻，无线接收机的抗干扰性能已经成为一个重要的性能衡量指标。

3、现有技术给出了面向ism频段的一款接收前端，包括低噪声放大器，谐波混频器，正交本振信号驱动器。其使用谐波混频器可以减少本振电路的功耗，电路整体仅消耗1毫瓦功耗。但其增益最高只到19.6db，不足以维持后端模数转换所需的高信噪比要求。更为糟糕的是，它不具有干扰抑制能力，电路很容易被其它的干扰信号饱和掉，而不能正常接收希望的弱信号输入。

4、注意到现有方案存在抗阻塞干扰能力差，也不能同时兼容亚ghz和2.4ghz两个频带的特点，使得现有方案急需做技术升级，适应环境的需求和挑战。

5、因此，本发明提供了一种低功耗双频带可重构射频接收前端电路，具备良好的干扰抑制能力。

技术实现思路

1、一种低功耗双频带可重构射频接收前端电路，包括：巴伦-低噪声放大电路、无源混频器核心、电流复用混频器；

2、所述巴伦-低噪声放大电路与电流复用混频器相连，电流复用混频器与无源混频器核心相连，形成从前端信号放大到频率变换的连续处理链路；

3、所述巴伦-低噪声放大电路，用于对接收的射频信号进行放大并降低噪声，采用了8路陷波滤波器作为有源反馈机制，提供频率选择性在sub-ghz频段提供频率选择性，在2.4ghz频段提供低噪声放大功能；

4、所述巴伦-低噪声放大电路包括：nmos管：mn1、mn2、mn3、mn4、mn5、mn6；pmos管：mp1、mp2、mp3、mp4；电容：ca、cb、cc、cd、ce、cf、ch、cn、cs、cg、cl、cex；电感：lg、ll、ls；电阻：ra、rb、rc、rd、re、rg、rh、rs、rl、rf；开关：s0、s1、s2、s3；偏置电压：vb1、vb2、vb3；8路陷波滤波器；

5、所述无源混频器核心，用于将经过放大的射频信号与本地振荡器信号进行混合，转换为较低频率的中频信号，降低整个前端电路的功耗；

6、所述无源混频器核心包含：nmos管：m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8；本振信号：lo0、lo1、lo2、lo3；电容cn；

7、所述电流复用混频器，将来自巴伦-低噪声放大电路的信号进一步处理后送入无源混频器进行最终的频率转换，缓解巴伦-低噪声放大器的负载效应，实现低功耗下的良好增益、噪声系数和线性度；

8、所述电流复用混频器包括：nmos管：mn7、mn8、mn9、mn10；pmos管：mp5、mp6、mp7、mp8、mp9、mp10；电容：cw、cm、cs、ck；电阻：rm、rn；偏置电压：vb、vb4、vb5、vb6。

9、优选的，所述巴伦-低噪声放大电路的8路陷波滤波器一端与电容cb的一端连接，一端与开关s0一端和电容ca的一端连接；所述8路陷波滤波器包括：电容：cs0、cs1、cs2、cs3、cs4、cs5、cs6、cs7；nmos管：mx1、mx2、mx3、mx4、mx5、mx6、mx7、mx8；

10、所述电容cs0连接在mx1的漏极和mx2的栅极之间；电容cs1连接在mx2的漏极和mx3的栅极之间；电容cs2连接在mx3的漏极和mx4的栅极之间；电容cs3连接在mx4的漏极和mx5的栅极之间；电容cs4连接在mx5的漏极和mx6的栅极之间；电容cs5连接在mx6的漏极和mx7的栅极之间；电容cs6连接在mx7的漏极和mx8的栅极之间；电容cs7连接在mx8的漏极和mx1的栅极之间。

11、优选的，所述巴伦-低噪声放大电路的输入端为vin，所述巴伦-低噪声放大电路的一路正输出端von与电流复用混频器的输入端vin+连接；所述巴伦低噪声放大电路的一路负输出端vop与电流复用混频器的输入端vin-连接。

12、优选的，所述巴伦-低噪声放大电路电容的具体的连接方式：

13、所述电容ca的一端连接8路陷波滤波器和开关s0，另一端与电阻rf另一端连接；

14、所述电容cb的一端与8路陷波滤波器的一端连接，所述电容cb的另一端与电阻rf一端连接，所述电容cb的另一端与mn6漏端和mn5源端连接；

15、所述电容cc的一端与开关s0的一端连接，另一端与pmos管mp1栅端和电阻ra的一端连接；所述电容cc的一端连接电感lg；

16、所述电容cd的一端与pmos管mp2栅端和电阻rb的一端连接，另一端与电阻ra连接；

17、所述电容ce的一端与pmos管mp3栅端和电阻rc的一端连接，所述电容ce的另一端与pmos管mp4栅端和电阻rc的一端连接；

18、所述电容cf一端与电阻rh、电容cex和mn1栅端一端连接，另一端与电感lg和电容cc连接；

19、所述电容ch的一端和pmos管mp3漏端和mn3漏端连接，所述电容ch的另一端和mn6栅端和电阻rg的一端连接；

20、所述电容cn的一端与mn5栅端和电阻re连接，另一端与电阻rb连接；

21、所述电容cs的一端与mn3栅端和电阻rd的一端连接，另一端与mn2漏端连接；所述电容cs的一端与mn4栅端和电阻rd的一端连接，另一端与mn1漏端和电容cs的一端连接；

22、所述电容cg的一端与mn1漏端和mn3源端连接，所述电容cg的另一端与mn2栅端和电阻rs的一端连接；

23、所述电容cl与电感ll并联，所述电容cl连接开关s2；

24、所述电容cex的一端与mn1栅端连接，另一端与mn1源端和电感ls的一端连接。

25、优选的，所述巴伦-低噪声放大电路电感的具体的连接方式：

26、所述电感lg一端与vin连接，作为巴伦-低噪声放大电路的输入端vin，所述电感lg的另一端与电容cf的一端和电容cc的一端连接，所述电感lg的另一端与开关s0的一端连接；

27、所述电感ll的一端与电容cl的一端和开关s2的一端连接，所述电感ll的另一端与电容cl的另一端和开关s2的一端连接；

28、所述电感ls的一端连接电容cex，另一端接地。

29、优选的，所述巴伦-低噪声放大电路电阻的具体的连接方式；

30、所述电阻ra的另一端与电容cd的一端和电容ce的一端连接，所述电阻ra的另一端与pmos管mp3源端连接；

31、所述电阻rb的另一端与电容cn的一端和电容ce的一端连接，所述电阻rb的另一端与pmos管mp4源端连接；

32、所述电阻rc的一端与pmos管mp3漏端和mn3漏端连接，另一端与开关s1的一端和开关s2的一端连接，并作为巴伦-低噪声放大电路的一路输出端von；所述电阻rc的一端与pmos管mp4漏端和mn4漏端连接，另一端与电阻rl的一端连接，所述电阻rc的另一端与开关s2的一端连接，并作为巴伦-低噪声放大电路的另一路输出端vop；

33、所述电阻rd的一端连接电容cs，另一端与vb2连接；

34、所述电容cn的另一端与mn5栅端和电阻re的一端连接，所述电阻re的另一端与mn5漏端连接；

35、所述电阻rg的一端与mn6栅端连接，另一端与vb3连接；

36、所述电阻rh的一端与电容cf的一端和电容cex的一端连接，所述电阻rh的一端与mn1栅端连接，所述电阻rh的另一端与vb1连接；

37、所述电阻rs的一端连接电容cg，另一端与vb1连接；

38、所述电阻rl的一端与rc连接，另一端与开关s1连接；

39、所述电阻rf一端连接电容ca，另一端与电容cb、mn6漏端和mn5源端连接。

40、优选的，所述无源混频器的输入端为vrf，无源混频器的输出端为vif；所述无源混频器的正输入端为vrf+，无源混频器的负输入端为vrf+；所述无源混频器的正输出端为vif+，无源混频器的负输出端为vif+。

41、优选的，所述无源混频器具体的连接方式：

42、所述nmos管m1的栅端接本振信号lo0，所述电容cn的一端与nmos管m1源端和nmos管m2源端连接，所述电容cn的另一端与vrf+连接，并作为无源混频器核心的输入端vrf+；

43、所述nmos管m2的栅端接本振信号lo1，所述nmos管m3的栅端接本振信号lo2，所述nmos管m4的栅端接本振信号lo3，所述电容cn的一端与nmos管m3源端和nmos管m4源端连接，所述电容cn的另一端与vrf+连接，并作为无源混频器核心的输入端vrf+；

44、所述nmos管m5的栅端接本振信号lo3，所述nmos管m6的栅端接本振信号lo2，所述电容cn的一端与nmos管m5源端和nmos管m6源端连接，所述电容cm的另一端与vrf-连接，并作为无源混频器核心的输入端vrf-；

45、所述nmos管m7的栅端接本振信号lo1，所述nmos管m8的栅端接本振信号lo0，所述电容cn的一端与nmos管m7源端和nmos管m8源端连接，所述电容cn的另一端与vrf-连接，并作为无源混频器核心的输入端vrf-；

46、所述nmos管m1漏端与nmos管m2漏端连接，并作为无源混频器核心输出端vif+；

47、所述nmos管m3漏端与nmos管m4漏端连接，并作为无源混频器核心的输出端vif-；

48、所述nmos管m5漏端与nmos管m6漏端连接，并作为无源混频器核心的输出端vif+；

49、所述nmos管m7漏端与nmos管m8漏端连接，并作为无源混频器核心的输出端vif-。

50、优选的，所述电流复用混频器的输入端为vin，电流复用混频器的输出端为voi和vo；

51、所述电流复用混频器的输出端为voi为正输出端voi+和负输出端voi-；所述正输出端voi+连接到无源混频器核心的输出端vif-，负输出端voi-连接到无源混频器核心的输出端vif+；

52、所述电流复用混频器的输出端为vo为正输出端vo+和负输出端vo-；所述正输出端vo+连接到无源混频器核心的输入端vrf-，负输出端vo-连接到无源混频器核心的输入端vrf+。

53、优选的，所述电流复用混频器的具体的连接方式：

54、所述电容ck的一端与vin+连接，并作为电流复用混频器的输入端vin+，所述电容ck的另一端与nmos管mn7栅端和电阻rn一端连接；

55、所述电阻rn另一端与vb5连接，所述电容ck的一端与vin-连接，并作为电流复用混频器的输入端vin-，所述电容ck的另一端与nmos管mn8栅端和电阻rn一端连接，所述电阻rn另一端与vb5连接；

56、所述电容cs的一端与nmos管mn7漏端和nmos管mn9漏端连接，所述电容cs的另一端与nmos管mn8漏端和nmos管mn10漏端连接；

57、所述nmos管mn9栅端与vb4连接，所述nmos管mn10栅端与vb4连接，所述nmos管mn9栅端与nmos管mn10栅端连接，所述nmos管mn9源端接地，所述nmos管mn10源端接地，所述pmos管mp5栅端接vb6，所述pmos管mp5漏端与nmos管mn7漏端连接，并作为全差分跨导放大电路的输出端vo-，所述pmos管mp6栅端接vb6，所述pmos管mp6漏端与nmos管mn8漏端连接，并作为全差分跨导放大电路的输出端vo+；

58、所述电容cm的一端与pmos管mp5漏端与nmos管mn7漏端连接，所述电容cm的一端与pmos管mp9漏端连接，所述电容cm的另一端与无源混频器核心的输入端vrf+连接，所述电容cm的一端与pmos管mp6漏端和nmos管mn8漏端连接，所述电容cm的一端与pmos管mp10漏端连接，所述电容cm的另一端与无源混频器核心的输入端vrf-连接；

59、所述pmos管mp9栅端接vb，所述pmos管mp10栅端接vb，所述pmos管mp9栅端与pmos管mp10栅端连接；

60、所述电阻rm的一端与pmos管mp9源端和pmos管mp7漏端连接，并作为电流复用混频器的输出端voi-，所述电阻rm的另一端与pmos管mp7栅端和无源混频器核心的输出端vif+连接；

61、所述电容cw的一端与pmos管mp7栅端和电阻rm的一端连接，所述电容cw的另一端与pmos管mp8栅端和电阻rm的一端连接；

62、所述电阻rm的一端与pmos管mp8栅端和无源混频器核心的输出端vif-连接，所述电阻rm的另一端与pmos管mp8漏端和pmos管mp10源端连接，并作为电流复用混频器的输出端voi+。

63、与现有技术相比，本发明的技术方案的效果如下：

64、本发明通过引入一种包含巴伦-低噪声放大电路的射频接收前端电路，解决了现有技术中射频接收前端电路在亚ghz和2.4ghz频段下抗干扰能力不足的问题。该巴伦-低噪声放大电路通过采用8路陷波滤波器和可调节的开关，实现了在两个不同频段下的可重构性。这种设计不仅克服了带外干扰的影响，还能根据不同的频段自动调整电路参数，从而提高了接收信号的质量和稳定性。

65、本发明通过采用了无源混频器核心，并通过改变本振信号的相位和占空比实现了双平衡混频dbm和亚谐波混频shm模式的切换。在亚ghz频段下使用dbm模式，通过8路时钟脉冲驱动的陷波滤波器实现反馈低噪声放大器的带通调谐滤波效果，有效克服了带外干扰。而在2.4ghz频段下采用shm模式，通过禁用反馈回路提供优越的噪声性能。这种双模式混频器的设计极大地增强了电路在不同频段下的抗干扰能力，并保持了良好的噪声性能。

66、本发明采用了电流复用和电流注入技术，显著减少了功耗。通过为负载晶体管提供低电流的同时确保为输入晶体管提供足够高的电流，既避免了中频信号出现在射频口，又降低了因负载效应导致的射频信号衰减。pmos管mp5和mp6的加入进一步提高了漏极的阻抗电平，使得射频信号电流更多流进无源混频器进行下变频动作。这种设计不仅降低了功耗，还维持了较高的增益和噪声系数，展现了电路在低功耗应用中的优势。

67、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

68、根据下文结合附图对本技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本技术的上述及其他目的、优点和特征。