一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端的製作方法
2023-07-18 22:59:21 1
一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端；包括一個低噪聲放大器和一個混頻器，低噪聲放大器採用注入鎖定振蕩器實現，注入鎖定振蕩器採用共柵注入實現了注入端的寬頻帶阻抗匹配，電容交叉耦合注入提高了注入效率和注入鎖定的頻率範圍；以此注入鎖定振蕩器作為低噪聲放大器，既能實現輸入端的阻抗匹配，又能實現信號的放大；輸入到無線收發射頻前端的輸入端的射頻信號作為注入鎖定振蕩器的注入信號，注入鎖定振蕩器的輸出信號在頻率/相位上跟隨注入信號、在幅度上進行了放大；注入鎖定振蕩器的輸出信號通過混頻器與本振信號混頻後輸出中頻信號，供後續的電路進行處理；該無線收發射頻前端能實現頻率調製信號、相位調製信號的接收。
【專利說明】一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於微電子學【技術領域】，涉及一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端。
【背景技術】
[0002]無線收發系統分為發射無線電波的發射系統和接收無線電波的接收系統。其中，用於接收無線電波的接收系統由低噪聲放大器、混頻器、鎖相環、低通濾波器、可變增益放大器、AD轉換器、解調器等模塊構成，而由低噪聲放大器和混頻器構成的射頻前端是接收系統的關鍵部分，如圖1所示；低噪聲放大器實現對輸入信號的放大，它必須具有較小的噪聲係數以提高接收系統的靈敏度；同時，它必須具有一定的增益以抑制後級電路噪聲對系統的影響；最後，由於低噪聲放大器需要與天線連接，其輸入匹配也非常重要。圖2所示為常見的低噪聲放大器結構，該結構為源極電感負反饋低噪聲放大器，電感LI用來實現匹配輸入阻抗的實部，該低噪聲放大器能實現較低的噪聲係數，但輸入頻率範圍較小；圖3所示為共柵結構低噪聲放大器，該結構的輸入阻抗實部由輸入管的跨導決定，輸入頻率範圍較寬，但噪聲係數較大。
[0003]另一方面，對振蕩器來說，當滿足外界注入信號的頻率在其自由震蕩頻率附近、夕卜界注入信號的幅度比其自由震蕩幅度小很多時，其輸出信號的頻率可以鎖定和跟蹤注入信號的頻率，其結構如圖4所示。因此，注入鎖定振蕩器也被用作實現頻率調製信號、相位調製信號放大的放大器；同時，理論分析結果表明，該放大器的等效輸入噪聲為寬頻帶高斯白噪聲。因此，注入鎖定壓控振蕩器可以實現頻率調製信號、相位調製信號的低噪聲放大。
[0004]結合前面無線接收系統對低噪聲放大器的要求和注入鎖定振蕩器的特點可以發現，當注入鎖定振蕩器用作低噪聲放大器時，會遇到如下困難:1.輸入阻抗匹配，傳統注入鎖定振蕩器採用共源結構，無法實現標準50 Ω或75Ω阻抗的匹配；2.傳統注入鎖定分頻器的注入鎖定頻率範圍很窄，無法滿足無線接收系統對輸入頻率範圍的要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端。
[0006]本發明包括一個低噪聲放大器和一個混頻器，低噪聲放大器的同相輸入端作為無線收發射頻前端的同相輸入端，低噪聲放大器的反相輸入端作為無線收發射頻前端的反相輸入端，低噪聲放大器的同相輸出端接無混頻器的第一輸入端，低噪聲放大器的反相輸出端接混頻器的第二輸入端；混頻器的第三輸入端接無線收發射頻前端的本振信號同相輸入端，混頻器的第四輸入端接無線收發射頻前端的本振信號反相輸入端；混頻器的第一輸出端作為無線收發射頻前端的中頻同相輸出端，混頻器的第二輸出端作為無線收發射頻前端的中頻反相輸出端。
[0007]所述的低噪聲放大器採用注入鎖定振蕩器實現，注入鎖定振蕩器包括兩個NMOS管、兩個PMOS管、四個電感、兩個變容管、兩個MIM電容及兩個電阻。第一 NMOS管的源極、第一MIM電容的一端、第一電感的一端相連,作為注入鎖定振蕩器的同相輸入端；第二NMOS管的源極、第二 MIM電容的一端、第二電感的一端相連,作為注入鎖定振蕩器的反相輸入端；第一電容的另一端、第一電阻的一端、第二 NMOS管的柵極相連；第二電容的另一端、第二電阻的一端、第一 NMOS管的柵極相連；第一電阻的另一端、第二電阻的另一端連接，作為注入鎖定振蕩器的電壓偏置端；第一電感的另一端和第二電感的另一端接地；第一 NMOS管的漏極、第一變容管的一端、第三電感的一端、第一 PMOS管的漏極、第二 PMOS管的柵極連接，作為注入鎖定振蕩器的同相輸出端；第二 NMOS管的漏極、第二變容管的一端、第四電感的一端、第二 PMOS管的漏極、第一 PMOS管的柵極連接，作為注入鎖定振蕩器的反相輸出端；第一變容管的另一端和第二變容管的另一端連接，作為注入鎖定振蕩器的電壓控制端；第三電感的另一端和第四電感的另一端連接；第一 PMOS管的源極和第二 PMOS管的源極接電源VDD。
[0008]混頻器採用吉爾伯特單元實現，包括6個NMOS管和兩個電阻；第一 NMOS管的柵極作為混頻器的第一射頻輸入端；第二 NMOS管的柵極作為混頻器的第二射頻輸入端；第一NMOS管的源極、第二 MOS管的源極接電流源的一端，電流源的另一端接地；第一 NMOS管的漏端、第三NMOS管的源極、第四NMOS管的源極連接，第二 NMOS管的漏端、第五NMOS管的源極、第六NMOS管的源極連接；第三NMOS管的柵極、第六NMOS管的柵極連接，作為混頻器的第一本振輸入端；第四NMOS管的柵極、第五NMOS管的柵極連接，作為混頻器的第二本振輸入端；第三NMOS管的漏極、第五NMOS管的漏極、第一電阻的一端連接，作為混頻器的第一中頻輸出端；第四NMOS管的漏極、第六NMOS管的漏極、第二電阻的一端連接，作為混頻器的第二中頻輸出端；第一電阻的另一端、第二電阻的另一端連接電源VDD。
[0009]上述注入鎖定振蕩器利用電容交叉耦合共柵注入的方式實現注入級，共柵注入實現了注入端的寬頻帶阻抗匹配，電容交叉耦合注入提高了注入效率和注入鎖定的頻率範圍；並以此注入鎖定振蕩器作為低噪聲放大器，既能實現輸入端的阻抗匹配，又能實現信號的放大；輸入到無線收發射頻前端的輸入端的射頻信號作為注入鎖定振蕩器的注入信號，注入鎖定振蕩器的輸出信號在頻率/相位上跟隨注入信號、在幅度上進行了放大；注入鎖定振蕩器的輸出信號通過混頻器與本振信號混頻後輸出中頻信號，供後續的電路進行處理；該無線收發射頻前端能實現頻率調製信號、相位調製信號的接收。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為一個無線接收射頻前端框圖；
圖2為源極電感負反饋低噪聲放大器結構；
圖3為共柵放大器結構；
圖4為一種注入鎖定振蕩器結構；
圖5為採用注入鎖定振蕩器作低噪聲放大器的無線接收射頻前端框圖；
圖6為圖5中作為低噪聲放大器的注入鎖定振蕩器結構；
圖7為圖5中混頻器的結構。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
[0012]本發明提供一種一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端。如圖5所示，本發明包括一個低噪聲放大器2和一個混頻器3，低噪聲放大器2的同相輸入端RFin+作為無線收發射頻前端I的同相輸入端RFin，低噪聲放大器2的反相輸入端RFin-作為無線收發射頻前端I的反相輸入端RFinb,低噪聲放大器2的同相輸出端RFout+接混頻器3的第一輸入端VI，低噪聲放大器2的反相輸出端RFout-接混頻器的第二輸入端V2 ;混頻器3的第三輸入端V3接無線收發射頻前端I的本振信號同相輸入端L0，混頻器3的第四輸入端V4接無線收發射頻前端I的本振信號反相輸入端LOb ;混頻器3的第一輸出端V5作為無線收發射頻前端I的中頻同相輸出端IFout，混頻器3的第二輸出端V6作為無線收發射頻前端I的中頻反相輸出端IFoutb。
[0013]上述低噪聲放大器2採用注入鎖定振蕩器實現，其結構如圖6所示；注入鎖定振蕩器包括兩個NMOS管、兩個PMOS管、四個電感、兩個變容管及兩個MIM電容。第一 NMOS管麗I的源極、第一 MIM電容Cl的一端、第一電感LI的一端相連,作為注入鎖定振蕩器的同相輸入端RFin+ ;第二 NMOS管麗2的源極、第二 MM電容C2的一端、第二電感L2的一端相連，作為注入鎖定振蕩器的反相輸入端RFin-;第一電容Cl的另一端、第一電阻Rl的一端、第二 NMOS管麗2的柵極相連；第二電容C2的另一端、第二電阻R2的一端、第一 NMOS管麗I的柵極相連；第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的另一端相連，作為注入鎖定壓控振蕩器電壓偏置端Vbias ;第一電感LI的另一端和第二電感L2的另一端接地；第一 NMOS管麗I的漏極、第一變容管Cvarl的一端、第三電感L3的一端、第一 PMOS管MPl的漏極、第二 PMOS管MP2的柵極連接，作為注入鎖定振蕩器的同相輸出端RFout+ ;第二 NMOS管麗2的漏極、第二變容管Cvar2的一端、第四電感L4的一端、第二 PMOS管MP2的漏極、第一 PMOS管MPl的柵極連接，作為注入鎖定振蕩器的反相輸出端RFout-;第一變容管Cvarl的另一端和第二變容管Cvar2的另一端連接,作為注入鎖定振蕩器的電壓控制端Vtune ;第三電感L3的另一端和第四電感L4的另一端連接；第一 PMOS管MPl的源極和第二 PMOS管MP2的源極接電源VDD。
[0014]上述混頻器3採用吉爾伯特單元實現，如圖7所示，包括6個NMOS管和兩個電阻；第一 NMOS管MNl的柵極作為混頻器3的第一射頻輸入端Vl ;第二 NMOS管MN2的柵極作為混頻器3的第二射頻輸入端V2 ;第一 NMOS管麗I的源極、第二 MOS管麗2的源極接電流源Il的一端，電流源Il的另一端接地；第一 NMOS管麗I的漏端、第三NMOS管麗3的源極、第四NMOS管MN4的源極連接，第二 NMOS管MN2的漏端、第五NMOS管MN5的源極、第六NMOS管MN6的源極連接；第三NMOS管MN3的柵極、第六NMOS管MN6的柵極連接，作為混頻器3的第一本振輸入端V3 ;第四NMOS管MN4的柵極、第五NMOS管MN5的柵極連接，作為混頻器的第二本振輸入端V4 ;第三NMOS管麗3的漏極、第五NMOS管麗5的漏極、第一電阻Rl的一端連接，作為混頻器3的第一中頻輸出端V5 ;第四NMOS管MN4的漏極、第六NMOS管MN6的漏極、第二電阻R2的一端連接，作為混頻器的第二中頻輸出端V6 ;第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的另一端連接電源VDD。
[0015]在圖6中，第一 NMOS管麗1、第二 NMOS管麗2、第一電容Cl、第二電容C2、第一電感LI和第二電感L2構成注入鎖定振蕩器的注入級，用於實現注入電壓到注入電流的轉換；電容交叉稱合輸入提聞了注入級的注入效率，使注入鎖定振蕩器的鎖定頻率範圍提聞;電感LI和L2用來實現與輸入端寄生電容的諧振，減小注入信號的洩漏，進一步提高注入鎖定振蕩器的鎖定頻率範圍；為實現阻抗匹配，輸入管的跨導應為0.01A/V，假定天線的輸出阻抗為50 Ω ;由第一變容管Cvarl、第二變容管Cvar2、第三電感L3和第四電感L4構成的諧振網絡的諧振頻率應選在輸入頻率範圍的中心頻點處，以更好實現全部頻率範圍內的注入鎖定；隨著注入鎖定振蕩器電壓控制端Vtune電壓的改變，振蕩器的自由振蕩頻率發生變化，使總體的注入鎖定頻率範圍加寬。
[0016]儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例做了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應該被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替換都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種注入鎖定振蕩器及無線接收射頻前端，包括一個低噪聲放大器和一個混頻器，低噪聲放大器的同相輸入端作為無線收發射頻前端的同相輸入端，低噪聲放大器的反相輸入端作為無線收發射頻前端的反相輸入端，低噪聲放大器的同相輸出端接混頻器的第一輸入端，低噪聲放大器的反相輸出端接混頻器的第二輸入端；混頻器的第三輸入端接無線收發射頻前端的本振信號同相輸入端，混頻器的第四輸入端接無線收發射頻前端的本振信號反相輸入端；混頻器的第一輸出端作為無線收發射頻前端的中頻同相輸出端，混頻器的第二輸出端作為無線收發射頻前端的中頻反相輸出端； 其特徵在於:所述的低噪聲放大器採用注入鎖定振蕩器實現，注入鎖定振蕩器包括兩個NMOS管、兩個PMOS管、四個電感、兩個變容管、兩個MIM電容及兩個電阻；第一 NMOS管的源極、第一 MIM電容的一端、第一電感的一端相連,作為注入鎖定振蕩器的同相輸入端；第二 NMOS管的源極、第二 MIM電容的一端、第二電感的一端相連,作為注入鎖定振蕩器的反相輸入端；第一電容的另一端、第一電阻的一端、第二 NMOS管的柵極相連；第二電容的另一端、第二電阻的一端、第一 NMOS管的柵極相連；第一電阻的另一端、第二電阻的另一端連接，作為注入鎖定振蕩器的電壓偏置端；第一電感的另一端和第二電感的另一端接地;第一 NMOS管的漏極、第一變容管的一端、第三電感的一端、第一 PMOS管的漏極、第二 PMOS管的柵極連接，作為注入鎖定振蕩器的同相輸出端；第二 NMOS管的漏極、第二變容管的一端、第四電感的一端、第二 PMOS管的漏極、第一 PMOS管的柵極連接，作為注入鎖定振蕩器的反相輸出端；第一變容管的另一端和第二變容管的另一端連接，作為注入鎖定振蕩器的電壓控制端；第三電感的另一端和第四電感的另一端連接；第一 PMOS管的源極和第二 PMOS管的源極接電源VDD。
【文檔編號】H04B1/26GK104184484SQ201410384919
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】高海軍, 孫玲玲 申請人:杭州電子科技大學