本发明涉及集成电路相关领域，具体来讲属于一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路。
背景技术：
随着通信技术的发展，移动通信正在从人与人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。其中NB_loT技术聚焦于低功耗广覆盖的物联网市场，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。
现有的接收机结构主要有超外差式接收机和零中频接收机。零中频结构是接收机最自然、最直接的实现方式，是直接将射频信号下变频为基带信号的方案。零中频接收机结构框图如图1所示，包括低噪声放大器、混频器、中频滤波器和中频放大器。接收到的射频信号经低噪声放大器后，与互为正交的两路本振信号混频，分别产生同相和正交的两路基带信号。本振信号频率与射频信号频率相同，因此混频后直接产生基带信号，而信道的选择和增益调整在基带进行，由中频滤波器和中频放大器完成。
其中，专利号201210007837.X的发明公开了一种具备高三阶谐波抑制能力和高频率选择性射频的前端集成电路结构，包括低噪声放大器和下变频混频器，所述低噪声放大器输入端连接天线和匹配网络，输出端连接负载网络和下变频混频器，所述匹配网络和负载网络电路均为高Q值带通电路。由于匹配网络和负载网络的高Q带通特性，使得整个射频前端具备良好的频率选择性和干扰抑制能力。对于调整前端的增益或带宽，仅需改变匹配网络或负载网络的基带阻抗的实部或虚部，亦即电阻或电容的值即可，性能指标配置灵活。
专利号201610256711.4的发明提供一种射频开关集成模块及其集成方法、射频前端集成电路，所述射频开关集成模块包括：扇出型封装模塑料；至少一个制作有射频开关电路的第一管芯，所述第一管芯为GaAspHEMT管芯；至少一个制作有接口电路、控制电路的第二管芯；采用扇出型封装模式，将GaAspHEMT管芯与集成有接口电路和控制电路的第二管芯异质集成在同一个集成模块中，解决了GaAspHEMT工艺无法集成接口电路和控制电路功能的管芯的问题，采用集成有射频开关功能的GaAspHEMT管芯和集成有接口电路和控制电路的第二管芯的异质集成模块，代替现有技术中采用SOI工艺制造并集成了接口电路和控制电路的射频开关芯片，进而提高了射频开关芯片的性能。
然而，由于在现有的接收机结构中，超外差式的接收机结构复杂、功耗较大，因此只有零中频结构最直接自然。
技术实现要素：
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路。本发明采用零中频结构，运用在sub 1G的较低频率范围内，以实现低功耗和高集成度。同时针对零中频结构特有的直流失调等问题，本发明通过引入一种直流负反馈的技术来消除直流失调的影响。
本发明是这样实现的，构造一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路，包括低噪声放大器、混频器、中频滤波器和中频放大器；天线端接收的射频信号经过低噪声放大器放大输出到混频器中，与两路互为正交的本振信号混频，产生两路基带信号；通过中频滤波器滤除无用的谐波信号，最后在中频放大器中放大输出；
所述低噪声放大器处于接收链路的第一级，用于对天线端进来的射频信号进行放大；低噪声放大器电路由信号电平放大主体部分和共模反馈部分组成；其包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13、电容C1、C2、电阻R1、R2、R3、R4；
MOS管M1、M2，M5、M6共栅，电路采用两级共栅级结构，MOS管M1、M2、M13的源极接地；电阻R1、R2连接MOS管M3、M4的栅级；
电路采用两级共栅级结构，能够有效降低沟长效应对输入阻抗的影响，MOS管M7、M8构成恒流源做有源负载；电路中加入共模反馈结构稳定了输出共模电压。共栅电路的输入阻抗较低，方便匹配到50阻抗。恒流源的负载阻抗很大，有利于提高低噪声放大器的增益，降低噪声系数。
作为上述技术方案的改进；
所述一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路，电容C1、C2用作交叉耦合结构以减小噪声系数。
作为上述技术方案的改进；
所述一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路，混频器包括MOS管M1、M2、M3、M4、电容C1、C2、电阻R1、R2、互阻放大器，混频器负载将接收的射频信号变换为中频信号；射频信号先在左边的开关对中进行频谱搬移，将输入的射频信号转换成电流信号，再经过后级的互阻放大器，将电流信号变换成电压信号；MOS管M1、M2的源极与INP端连接，MOS管M3、M4的源极与INN端连接，MOS管M1、M3的漏极连接互阻放大器的正极端，MOS管M2、M4的漏极连接互阻放大器的负极端。
作为上述技术方案的改进；
所述一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路，中频滤波器包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、C4以及放大器，所述中频滤波器位于混频器之后，中频放大器之前，属于一个二阶有源RC滤波器，用于滤除中频信号中频率较高的噪声干扰；所述中频滤波器采用无限增益多路反馈结构；其中，R3、R5与R4、R6形成两条反馈路径，其反馈能力与信号频率大小相关；RC反馈链路能使滤波器的衰减得更剧烈，频率响应在截止频率处更加陡峭。
作为上述技术方案的改进；
所述一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路，所述中频放大器包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、电容C1、C2、全差分放大器OP1、OP2；所述中频放大器是基于OP的全差分放大器，增益能够控制选择；由于最大增益很高，为了消除直流失调对性能的影响，放大器加入了直流失调消除电路；其中，输出信号经过电阻R5、电容C2和电阻R6、电容C1构成的低通的选频网络，获取输出信号中的直流失调分量；随后通过放大器OP2放大失调电压；最后利用电阻R7、R8将失调分量转换为电流作用在输入口抵消；电路中的R3、R4与R1、R2的比值决定了电路的基本增益，R5、R6因为需要提供很高的电阻值所以使用栅源电压比较小时的线性区的场效应管来获得。
本发明具有如下优点：本发明提供一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路，与传统的接收机相比，本发明中的电路由于没有采用电感器件，因此结构更加简单，集成度高，频率范围较低，适用于sub 1G频段，大大降低了电路的成本与功耗；具体体现为：
一方面，低噪声放大器处于接收链路的第一级，负责对天线端进来的射频信号进行放大。低噪声放大器电路由信号电平放大主体部分和共模反馈部分组成。电路采用两级共栅级结构，有效降低沟长效应对输入阻抗的影响，MOS管M7、M8构成恒流源做有源负载。电容C1、C2用作交叉耦合结构以减小噪声系数。电路中加入共模反馈结构稳定了输出共模电压。共栅电路的输入阻抗较低，方便匹配到50阻抗。恒流源的负载阻抗很大，有利于提高低噪声放大器的增益，降低噪声系数。
另一方面，混频器负载将接收的射频信号变换为中频信号。射频信号先在左边的开关对中进行频谱搬移，将输入的射频信号转换成电流信号，再经过后级的互阻放大器，将电流信号变换成电压信号。
另一方面，中频滤波器位于混频器之后，中频放大器之前，是一个二阶有源RC滤波器，负责滤除中频信号中频率较高的噪声干扰。中频滤波器采用无限增益多路反馈结构。R3、R5与R4、R6是两条反馈路径，其反馈能力与信号频率大小相关。RC反馈链路能使滤波器的衰减得更剧烈，频率响应在截止频率处更加陡峭。
另一方面，中频放大器是基于OP的全差分放大器，增益可以控制选择。由于最大增益很高，为了消除直流失调对性能的影响，放大器加入了直流失调消除电路。输出信号经过电阻R5、电容C2和电阻R6、电容C1构成的低通的选频网络，获取输出信号中的直流失调分量；随后通过放大器OP2放大失调电压；最后利用电阻R7、R8将失调分量转换为电流作用在输入口抵消。电路中的R3、R4与R1、R2的比值决定了电路的基本增益，R5、R6因为需要提供很高的电阻值所以使用栅源电压比较小时的线性区的场效应管来获得。
附图说明
图1为无线射频前端集成电路系统框图；
图2为低噪声放大器电路图；
图3为混频器电路图；
图4为中频滤波器电路图；
图5为中频放大器电路图。
具体实施方式
下面将结合附图1-图5对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种面向NB_loT的低功耗无线射频前端集成电路，可以按照如下方式予以实施；其包括低噪声放大器、混频器、中频滤波器和中频放大器；无线射频前端集成电路的工作原理为，天线端接收射频信号，经过低噪声放大器放大输出到混频器中，与两路互为正交的本振信号混频，产生两路基带信号；通过中频滤波器滤除无用的谐波信号，最后在中频放大器中放大输出。
如图2所示；低噪声放大器处于接收链路的第一级，负责对天线端进来的射频信号进行放大。低噪声放大器电路由信号电平放大主体部分和共模反馈部分组成；其包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12、M13、电容C1、C2、电阻R1、R2、R3、R4；
MOS管M1、M2，M5、M6共栅，电路采用两级共栅级结构，M1、M2、M13的源极接地；电阻R1、R2连接MOS管M3、M4的栅级；
电路采用两级共栅级结构，能够有效降低沟长效应对输入阻抗的影响，MOS管M7、M8构成恒流源做有源负载；电容C1、C2用作交叉耦合结构以减小噪声系数；电路中加入共模反馈结构稳定了输出共模电压。共栅电路的输入阻抗较低，方便匹配到50阻抗。恒流源的负载阻抗很大，有利于提高低噪声放大器的增益，降低噪声系数。
如图3所示；混频器包括MOS管M1、M2、M3、M4、电容C1、C2、电阻R1、R2、互阻放大器，混频器负载将接收的射频信号变换为中频信号；射频信号先在左边的开关对中进行频谱搬移，将输入的射频信号转换成电流信号，再经过后级的互阻放大器，将电流信号变换成电压信号；MOS管M1、M2的源极与INP端连接，MOS管M3、M4的源极与INN端连接，MOS管M1、M3的漏极连接互阻放大器的正极端，MOS管M2、M4的漏极连接互阻放大器的负极端。
如图4所示；中频滤波器包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、C4、放大器，中频滤波器位于混频器之后，中频放大器之前，是一个二阶有源RC滤波器，负责滤除中频信号中频率较高的噪声干扰。中频滤波器采用无限增益多路反馈结构。R3、R5与R4、R6是两条反馈路径，其反馈能力与信号频率大小相关；RC反馈链路能使滤波器的衰减得更剧烈，频率响应在截止频率处更加陡峭。
如图5所示；中频放大器包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、电容C1、C2、全差分放大器OP1、OP2，中频放大器是基于OP的全差分放大器，增益可以控制选择。由于最大增益很高，为了消除直流失调对性能的影响，放大器加入了直流失调消除电路。输出信号经过电阻R5、电容C2和电阻R6、电容C1构成的低通的选频网络，获取输出信号中的直流失调分量；随后通过放大器OP2放大失调电压；最后利用电阻R7、R8将失调分量转换为电流作用在输入口抵消。电路中的R3、R4与R1、R2的比值决定了电路的基本增益，R5、R6因为需要提供很高的电阻值所以使用栅源电压比较小时的线性区的场效应管来获得。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。