一种带阻抗映射功能的高灵敏度接收机前端电路的制作方法

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种带有阻抗映射功能的高灵敏度接收机射频前端电路。

背景技术：

随着智慧城市、大数据、人工智能时代的来临，无线通信技术将会在其中扮演越来越重要角色并作为桥梁实现万物互联。移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。物联网世界存在大量的传感类和控制类的链接需求，这些连接速率要求很低，但是对功耗和成本非常敏感，且分布范围很广，连接规模巨大，现有的3G/4G技术从成本和功耗上无法满足要求。例如：窄带物联网作为一种蜂窝物联网技术采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计，以牺牲一定速率、时延、移动性性能，获取面向低功耗广域网的承载能力。因此，可灵活配置的低成本和低功耗接收机前端的设计，正成为接收机前端发展的重大趋势。

接收机低成本片上抗干扰技术是目前设计的主要目标和难点。因为随着无线通信技术不断发展，频谱资源也越来越紧张，同一个区域内可能存在多种无线通信信号。不同协议占据的频谱之间的间隔很窄。例如窄带物联网所处的Sub-GHz频段和美国规定的900MHz GSM下行链路频段的最小间隔就只有8MHz。拥挤的频谱应用会导致接收机被带外高强度干扰信号的干扰。不同频谱上信号之间的相互干扰已经成为无线通信发展的一个重要瓶颈。通常会使用片外滤波器对干扰信号进行抑制，但其成本较高，高频处高品质因子的滤波器在片上难以实现。

利用无源混频器的阻抗映射原理是实现片上抗干扰的一个解决方案。传统的接收机前端各个模块之间的阻抗无法进行映射，因为各个模块之间用缓冲级进行了隔离。国内外有大量研究直接使用混频器作为接收机第一级，只进行一次阻抗映射，但存在前级没有增益对后级电路噪声抑制不够以及本振信号直接通过混频器的泄露问题，本发明提出的方案通过有源负反馈增加一次阻抗映射，并且增加低噪声跨导放大器能够抑制后级噪声和本振的泄露，在低噪声跨阻放大器之后形成的射频端滤波也可以有效提高带外抑制能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种带有阻抗映射功能的高灵敏度接收机射频前端电路。它在不增加额外成本和功耗的情况下，在射频处形成一个高品质因子的滤波器。可以正常放大带内的有用信号，抑制后级电路的噪声，还可以对带外信号进行衰减，提高接收机的抗干扰能力，使整个接收机的动态范围得到提高。

本发明提出的带有阻抗映射功能的接收机射频前端电路，其结构如图1所示，包括：线性度补偿电路1、低噪声跨导放大器电路2、有源负反馈电路3、分频器电路4、无源混频器电路5、同相跨阻放大器6和正交跨阻放大器7；其中，线性度补偿电路1低噪声跨导放大器电路2和有源负反馈电路3并联实现第一级，后级直接连接无源混频器电路5，本振信号通过分频器电路4与无源混频器电路5连接；无源混频器电路5的输出分别接入同相跨阻放大器6和正交跨阻放大器7。

所述的线性度补偿电路1，用于补偿低噪声跨导放大器电路2引入的非线性。

所述的低噪声跨导放大器2，用于将输入信号的电压转化为电流，以减小第一级的电压摆幅，提高抗干扰能力；并且具有低噪声的性能，降低整个接收机的噪声。

所述的有源负反馈电路3，用于将后一级的阻抗传输到输入端，将无源混频器电路5映射的带通阻抗进一步传输到输入，使得有用信号在输入端匹配，带外阻塞信号不匹配。

所述的分频器电路4，用于产生多相位时钟以配合无源混频器进行下混频以及实现基带阻抗的映射功能。

所述的无源混频器电路5，用于将射频信号下混频为低频信号，并且有阻抗映射的功能，将低频处的阻抗映射到以本振频率为中心频率的射频端。

所述的同相跨阻放大器5和正交跨阻放大器7，用于将电流信号转化为电压信号，并且输入端阻抗具有低通特性。其中，同相跨阻放大器6用于处理同相信号，正交跨阻放大器7用于处理正交信号。

本发明的核心在于有源负反馈电路和无源混频器电路以及跨阻放大器的结合使用，不仅可以提供增益抑制后级的噪声，提高灵敏度。而且在低噪声跨导放大器输出端形成高品质因子的滤波，并将该阻抗传输到输入级，将带外干扰信号的能量反射。

本发明提出的带有阻抗映射功能的接收机射频前端电路，主要是通过无源混频器的阻抗映射功能，将跨阻放大器输入端的低通阻抗特性，映射到以本振频率为中心频率的射频端，形成带通特性的阻抗。因此可以实现带内有用电流信号经过高阻，信号被放大；带外阻塞电流信号经过低阻，信号被衰减。片上等效形成一个高品质因子的射频滤波器，提高接收机的动态范围。

本发明所述的带有阻抗映射功能的接收机射频前端电路，其第一级的有源负反馈电路，能够将后一级的阻抗传输到输入端，将无源混频器电路映射的带通阻抗进一步传输到输入，使得有用信号在输入端匹配，带外阻塞信号不匹配。

接收机工作的时候，整个接收机的阻抗映射是将低频处的阻抗特性映射到射频处。通过无源混频器5的阻抗映射功能，将同相跨阻放大器6和正交跨阻放大器7输入端的低通阻抗特性，映射到以本振频率为中心频率的射频端，形成带通特性的阻抗。然后，这个带通阻抗特性进一步通过有源负反馈电路3将阻抗传输到输入端，使得阻抗在整个接收机前端形成通路，完成了从基带到射频端的完整的阻抗映射，这与传统的接收机前端有很大的不同。另外，由于本发明中的阻抗映射是与本振频率相关的，改变本振频率，其映射的中心频率也随之改变，因此等效形成了一个宽频率范围并且中心频率可配置的带有选择性的滤波器。在有用信号和带外阻塞信号同时进入由天线输入时，低噪声跨导放大器电路2和有源负反馈电路3组成的第一级电路的输入阻抗在有用信号处和带外阻塞信号处不同，使得有用信号功率匹配而阻塞信号能量反射。经过低噪声跨导放大器电路2后，有用信号和阻塞信号转化为电流，经过无源混频器形成的带通阻抗特性。有用信号处为高阻，被放大。阻塞信号处为低阻，阻塞信号被进一步抑制，使得接收机的抗干扰能力增强。为了进一步增加接收机的抗带外干扰能力，加入线性度补偿电路1，补偿低噪声跨导放大器电路2引入的非线性。

附图说明

图1为带有阻抗映射功能的接收机射频前端电路的示意图。

图2为本发明的接收机射频前端电路的阻抗映射特性示意图。

图3为本发明的接收机射频前端电路在有强干扰信号情况下，全链路的阻抗映射对带外干扰信号的抑制作用的示意图。

具体实施方式

下面结合图1，详细描述实施带有阻抗映射功能的接收机射频前端电路的具体实例。

在初始状态，接收机上电后，同相跨阻放大器6和正交跨阻放大器7正常工作，其输入阻抗分别呈现低通特性。然后通过分频器电路4，给无源混频器电路5输入四相位的非交叠时钟，输入信号通过无源混频器电路5对同相跨阻放大器6和正交跨阻放大器7分别充放电，使得低频处的低通的阻抗特性映射到以本振频率为中心频率的射频端，形成了射频处的高品质因子的带通特性。然后，该高通的阻抗特性进一步通过有源负反馈电路3将阻抗传输到输入端，使得阻抗在整个接收机前端形成通路，在接收机前端形成了完整的映射链路。当接收机接收的信号频带发生改变，本振频率变化，该阻抗映射的中心频率也随之改变，接收机前端等效形成了一个宽频率范围中心频率可变的高品质因子滤波器。其阻抗映射随本振频率变化效果可以见图2。

当有用信号和带外阻塞信号同时进入由天线输入时，如图3所示。低噪声跨导放大器电路2和有源负反馈电路3组成的第一级电路的输入阻抗在有用信号处和带外阻塞信号处不同，使得有用信号功率匹配而阻塞信号能量反射。经过低噪声跨导放大器电路2后，有用信号和阻塞信号转化为电流，经过无源混频器形成的带通阻抗特性。有用信号处为高阻，被放大。阻塞信号处为低阻，阻塞信号被进一步抑制，使得接收机的抗干扰能力增强。有用信号和阻塞信号经过无源混频器5，下混频到中频。最后通过跨阻放大器（包括同相跨阻放大器6和正交跨阻放大器7），信号转化为电压，同时由于跨阻放大器的低通滤波特性，阻塞信号进一步被衰减。

最后需要特别说明的是，上述事例仅用以说明本发明的技术实现方式，而并非是唯一方案。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。