電流模式射頻接收機(jī)前端電路的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、現(xiàn)如今，無(wú)線通信領(lǐng)域飛速發(fā)展，與日常生活的關(guān)系日趨密切，各種無(wú)線通信協(xié)議的射頻前端電路互不兼容，這給人們的便攜化帶來(lái)了不便。因此設(shè)計(jì)能夠兼容多種無(wú)線通信協(xié)議的多模多頻射頻接收機(jī)前端就成為了研究的重點(diǎn)問(wèn)題，而電流模式電路因其更高的工作速度、工作頻率，更低的工作電壓和功耗以及更簡(jiǎn)便的電路結(jié)構(gòu)成為研究的熱點(diǎn)。
　　本文旨在對(duì)電流模式射頻接收機(jī)前端電路進(jìn)行深入研究與設(shè)計(jì)。本文主要工作包含:
　　1.在研究了傳統(tǒng)低噪聲放大器(LNA)

2、的基本設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，本文研究了一種應(yīng)用于電流模式射頻接收機(jī)的寬帶低噪聲跨導(dǎo)放大器(LNTA)，該LNTA由寬帶有源巴倫輸入級(jí)和電流鏡放大級(jí)兩部分組成，將接收到的單端射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)并放大，最后電流差分輸出，可以直接驅(qū)動(dòng)下一級(jí)的電流模式無(wú)源混頻器。該低噪聲跨導(dǎo)放大器在0.8-7.5GHz工作頻帶內(nèi)有較高而且穩(wěn)定的S21，為16.5-18.1dB，S11均小于-9dB，S12小于-43dB，噪聲系數(shù)均小于4dB，最小噪聲系數(shù)為3

3、.5dB，滿足應(yīng)用于本文電流模式射頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)要求。
　　2.研究了一種可變?cè)鲆骐娏髂Ｊ綄拵漕l接收機(jī)前端電路，采用了零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)，涵蓋了4-7.5 GHz的工作頻帶，可以支持WLAN802.11a等通信協(xié)議，該射頻接收機(jī)前端電路是由低噪聲跨導(dǎo)放大級(jí)(LNTA)、I/Q正交兩路電流模式無(wú)源混頻開(kāi)關(guān)級(jí)(Mixer)、可變跨阻增益的跨阻放大級(jí)(TIA)三部分組成。其中，低噪聲跨導(dǎo)放大級(jí)采用1中研究的LNTA結(jié)構(gòu);混頻開(kāi)關(guān)級(jí)采用2

4、5％占空比的本振(L0)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，防止I，Q串?dāng)_，同時(shí)電流模式無(wú)源混頻開(kāi)關(guān)對(duì)中沒(méi)有直流偏置電流通過(guò)，減小了閃爍噪聲;跨阻放大級(jí)采用兩級(jí)運(yùn)放加可變電阻電容反饋的結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻可以得到不同的增益，與此同時(shí)調(diào)節(jié)反饋電容可以穩(wěn)定電路的線性度。對(duì)該電路進(jìn)行了理論分析和軟件仿真，結(jié)果顯示所研究的射頻接收機(jī)前端電路在4-7.5GHz的工作頻帶內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)，同時(shí)線性度和噪聲系數(shù)也滿足設(shè)計(jì)要求。
　　3.研究了一種以跨導(dǎo)增強(qiáng)共柵結(jié)構(gòu)T

5、IA為負(fù)載的電流模式直接下變頻接收機(jī)前端電路，涵蓋了0.8-5 GHz的工作頻帶，可以支持GSM，TD-SCDMA，RFID等通信協(xié)議，該RF接收機(jī)前端電路是由LNTA、I/Q正交兩路電流模式無(wú)源混頻開(kāi)關(guān)級(jí)、跨導(dǎo)增強(qiáng)共柵結(jié)構(gòu)跨阻放大級(jí)(TIA)三部分組成。其中，跨阻放大級(jí)采用共柵結(jié)構(gòu)將輸入的中頻電流轉(zhuǎn)化為中頻電壓并放大輸出，通過(guò)加入增益自舉技術(shù)使得TIA的輸入MOS管等效跨導(dǎo)增強(qiáng)，從而輸入阻抗減小，提高了電流利用效率以及端口隔離度，同時(shí)

6、跨導(dǎo)增強(qiáng)還使得TIA的跨阻增大，提高了電路的增益。克服了帶有電阻電容負(fù)反饋的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器中功耗、增益和帶寬之間的制約，以及噪聲和射頻信號(hào)通過(guò)反饋電容饋通至輸出端等缺陷。對(duì)該電路進(jìn)行了分析和仿真，結(jié)果顯示所研究的射頻接收機(jī)前端電路在0.8-5GHz的工作頻帶內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)較高增益并且在寬頻帶內(nèi)波動(dòng)很小，同時(shí)具有較好的線性度和噪聲性能，較好的隔離度，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，滿足設(shè)計(jì)要求。
　　4.針對(duì)在2.3GHz-2.4835GHz這個(gè)范圍頻段

7、上諸多的無(wú)線射頻應(yīng)用如:Wi-Fi協(xié)議-IEEE802.11b/g;藍(lán)牙Bluetooth-IEEE802.15.1; Zigbee-IEEE802.15.4; Wireless USB等。本文研究了一種工作在2.4GHz頻段范圍內(nèi)的射頻接收機(jī)前端電路。利用模塊融合技術(shù)將2.4GHz無(wú)源混頻器中的跨導(dǎo)級(jí)與低噪聲放大器合二為一，形成了2.4GHz電流模式射頻接收機(jī)前端，降低了整個(gè)接收機(jī)前端的偏置電流。第一級(jí)為全差分低噪聲跨導(dǎo)放大級(jí)，采用源

8、簡(jiǎn)并電感共源電路結(jié)構(gòu)，具有較好的輸入匹配特性，將射頻電壓轉(zhuǎn)化為射頻電流并放大;第二級(jí)為25％占空比本振驅(qū)動(dòng)的電流模式無(wú)源混頻開(kāi)關(guān)級(jí)，實(shí)現(xiàn)混頻并濾波;第三級(jí)為跨阻放大級(jí)，采用了跨導(dǎo)增強(qiáng)技術(shù)使得輸入阻抗降低，同時(shí)采用PMOS管分流技術(shù)減小負(fù)載電阻占用的電壓裕度，穩(wěn)定輸出靜態(tài)工作點(diǎn)，提高線性度。
　　5.對(duì)所研究的可變?cè)鲆鎸拵щ娏髂Ｊ街苯酉伦冾l接收機(jī)前端以及以跨導(dǎo)增強(qiáng)共柵結(jié)構(gòu)TIA為負(fù)載的電流模式直接下變頻接收機(jī)前端進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證