電流模式射頻接收機前端電路的設計與研究.pdf

1、現(xiàn)如今，無線通信領域飛速發(fā)展，與日常生活的關系日趨密切，各種無線通信協(xié)議的射頻前端電路互不兼容，這給人們的便攜化帶來了不便。因此設計能夠兼容多種無線通信協(xié)議的多模多頻射頻接收機前端就成為了研究的重點問題，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便的電路結構成為研究的熱點。
　　本文旨在對電流模式射頻接收機前端電路進行深入研究與設計。本文主要工作包含:
　　1.在研究了傳統(tǒng)低噪聲放大器(LNA)

2、的基本設計方法基礎上，本文研究了一種應用于電流模式射頻接收機的寬帶低噪聲跨導放大器(LNTA)，該LNTA由寬帶有源巴倫輸入級和電流鏡放大級兩部分組成，將接收到的單端射頻電壓信號轉化為電流信號并放大，最后電流差分輸出，可以直接驅動下一級的電流模式無源混頻器。該低噪聲跨導放大器在0.8-7.5GHz工作頻帶內有較高而且穩(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，滿足應用于本文電流模式射頻接收機的設計要求。
　　2.研究了一種可變增益電流模式寬帶射頻接收機前端電路，采用了零中頻接收機結構，涵蓋了4-7.5 GHz的工作頻帶，可以支持WLAN802.11a等通信協(xié)議，該射頻接收機前端電路是由低噪聲跨導放大級(LNTA)、I/Q正交兩路電流模式無源混頻開關級(Mixer)、可變跨阻增益的跨阻放大級(TIA)三部分組成。其中，低噪聲跨導放大級采用1中研究的LNTA結構;混頻開關級采用2

4、5％占空比的本振(L0)信號驅動，防止I，Q串擾，同時電流模式無源混頻開關對中沒有直流偏置電流通過，減小了閃爍噪聲;跨阻放大級采用兩級運放加可變電阻電容反饋的結構，通過調節(jié)可變電阻可以得到不同的增益，與此同時調節(jié)反饋電容可以穩(wěn)定電路的線性度。對該電路進行了理論分析和軟件仿真，結果顯示所研究的射頻接收機前端電路在4-7.5GHz的工作頻帶內可以實現(xiàn)增益可調，同時線性度和噪聲系數(shù)也滿足設計要求。
　　3.研究了一種以跨導增強共柵結構T

5、IA為負載的電流模式直接下變頻接收機前端電路，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接收機前端電路是由LNTA、I/Q正交兩路電流模式無源混頻開關級、跨導增強共柵結構跨阻放大級(TIA)三部分組成。其中，跨阻放大級采用共柵結構將輸入的中頻電流轉化為中頻電壓并放大輸出，通過加入增益自舉技術使得TIA的輸入MOS管等效跨導增強，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

6、跨導增強還使得TIA的跨阻增大，提高了電路的增益?？朔藥в须娮桦娙葚摲答伒倪\算跨導放大器中功耗、增益和帶寬之間的制約，以及噪聲和射頻信號通過反饋電容饋通至輸出端等缺陷。對該電路進行了分析和仿真，結果顯示所研究的射頻接收機前端電路在0.8-5GHz的工作頻帶內可以實現(xiàn)較高增益并且在寬頻帶內波動很小，同時具有較好的線性度和噪聲性能，較好的隔離度，電路結構簡單，滿足設計要求。
　　4.針對在2.3GHz-2.4835GHz這個范圍頻段

7、上諸多的無線射頻應用如:Wi-Fi協(xié)議-IEEE802.11b/g;藍牙Bluetooth-IEEE802.15.1; Zigbee-IEEE802.15.4; Wireless USB等。本文研究了一種工作在2.4GHz頻段范圍內的射頻接收機前端電路。利用模塊融合技術將2.4GHz無源混頻器中的跨導級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前端，降低了整個接收機前端的偏置電流。第一級為全差分低噪聲跨導放大級，采用源

8、簡并電感共源電路結構，具有較好的輸入匹配特性，將射頻電壓轉化為射頻電流并放大;第二級為25％占空比本振驅動的電流模式無源混頻開關級，實現(xiàn)混頻并濾波;第三級為跨阻放大級，采用了跨導增強技術使得輸入阻抗降低，同時采用PMOS管分流技術減小負載電阻占用的電壓裕度，穩(wěn)定輸出靜態(tài)工作點，提高線性度。
　　5.對所研究的可變增益寬帶電流模式直接下變頻接收機前端以及以跨導增強共柵結構TIA為負載的電流模式直接下變頻接收機前端進行了版圖設計和驗證