無(wú)線(xiàn)接收機(jī)及其信號(hào)處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種無(wú)線(xiàn)接收機(jī)及其信號(hào)處理方法。該無(wú)線(xiàn)接收機(jī)包括具有第一輸入節(jié)點(diǎn)、第二輸入節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的無(wú)源混頻器。振蕩器耦接至所述混頻器的第一輸入節(jié)點(diǎn)。緩沖器的輸出端耦接至所述混頻器的第二輸入節(jié)點(diǎn)。天線(xiàn)可操作地耦接至所述緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)。所述緩沖器配置為提供與所述混頻器的隔離。
【專(zhuān)利說(shuō)明】無(wú)線(xiàn)接收機(jī)及其信號(hào)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)一般地涉及電【技術(shù)領(lǐng)域】，并且更具體地涉及無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)已經(jīng)致力于在保持性能規(guī)范的同時(shí)減小集成無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的功率。無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)典型地包括混頻器，混頻器是根據(jù)對(duì)其供應(yīng)的兩個(gè)信號(hào)(即輸入信號(hào)和本地振蕩器(LO)信號(hào))來(lái)產(chǎn)生新的頻率的非線(xiàn)性電路。混頻器可以是有源的(例如包括功率增益)或者無(wú)源的(例如輸出功率小于或等于輸入的功率)。有源混頻器改善了端口之間的隔離性，但是會(huì)具有較高噪聲并且消耗更多功率。另一方面，無(wú)源混頻器在最小功耗量的情況下提供了將無(wú)線(xiàn)電頻率(RF)信號(hào)下轉(zhuǎn)換到中頻(IF)或基帶頻率的頻率轉(zhuǎn)換。此外，無(wú)源混頻器沒(méi)有閃爍噪聲，吸取零電流(除了用于驅(qū)動(dòng)混頻器開(kāi)關(guān)的電流之外)，并且具有優(yōu)良的線(xiàn)性度。然而，無(wú)源混頻器通常提供低(即小于I的)增益并且受高噪聲系數(shù)(NF)影響。NF是由RF信號(hào)鏈中的各部件所引起的信號(hào)-噪聲比(SNR)劣化的度量。因此，NF是以dB表達(dá)的實(shí)際輸出噪聲與將會(huì)保留的噪聲(假設(shè)接收機(jī)本身不引入噪聲)之比。
[0003]傳統(tǒng)上，接收機(jī)包括天線(xiàn)與無(wú)源混頻器之間的低噪聲放大器(LNA)以提供電壓增益(例如由天線(xiàn)提供的信號(hào)的放大率)。在另一方式中，混頻器輸入端被直接連接到天線(xiàn)的輸出端，從而進(jìn)一步減小功耗并且改善線(xiàn)性度(例如，包括了處于天線(xiàn)與無(wú)源混頻器之間的LNA的整個(gè)系統(tǒng))。然而，將天線(xiàn)直接連接到混頻器會(huì)導(dǎo)致再輻射，其中混頻器產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)下轉(zhuǎn)換的RF信號(hào)的一部分回流至天線(xiàn)。這種損耗現(xiàn)象是導(dǎo)致低劣NF的重大助力。盡管存在已知的方法來(lái)改善NF (例如,8相混頻器(8-phase mixer)、許多混頻器開(kāi)關(guān)和控制器等)，然而這些方法均增加了相當(dāng)大的功率負(fù)擔(dān)。因此，期望的是具有一種消耗低功率并且具有低NF的無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)。還期望的是，在無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的前端通路(即，從天線(xiàn)端口至基帶或IF輸出端口的前端通路)中具有增益使得前端的輸出處的等效噪聲電阻足夠高，以便使各低功率塊能夠跟隨前端。還期望的是提供適于各種無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)的足夠?qū)挼膸挘@些無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)包括窄帶寬信號(hào)(802.15.4，藍(lán)牙等)以及寬帶信號(hào)WiFi (例如802.11.ac)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，包括:第一無(wú)源混頻器，其具有第一輸入節(jié)點(diǎn)、第二輸入節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)；振蕩器，其耦接至第一無(wú)源混頻器的第一輸入節(jié)點(diǎn)；緩沖器，其具有與第一無(wú)源混頻器的第二輸入節(jié)點(diǎn)耦接的輸出節(jié)點(diǎn)，其中所述緩沖器配置為提供與第一無(wú)源混頻器的隔離；以及天線(xiàn)，其可操作地連接至所述緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)。
[0005]其中，所述緩沖器包括至少一個(gè)有源器件，并且所述緩沖器的增益小于等于I。
[0006]其中，所述緩沖器的至少一個(gè)有源器件配置為源極跟隨器。
[0007]所述無(wú)線(xiàn)接收機(jī)還包括第二無(wú)源混頻器，第二無(wú)源混頻器具有第一輸入節(jié)點(diǎn)、第二輸入節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，其中，所述緩沖器耦接至第二無(wú)源混頻器的第二輸入節(jié)點(diǎn)。[0008]其中，第二混頻器配置為提供正交輸出。
[0009]其中，所述緩沖器容性耦接至第一混頻器。
[0010]其中，所述振蕩器包括無(wú)電感型環(huán)形振蕩器。
[0011 ] 所述無(wú)線(xiàn)接收機(jī)還包括鎖相環(huán)。
[0012]其中，所述緩沖器的輸入阻抗大于所述緩沖器的輸出阻抗。
[0013]其中，在至少一部分所選信道帶寬上，所述緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗大于第一混頻器的第二輸入節(jié)點(diǎn)處的阻抗。
[0014]其中，所述緩沖器包括多個(gè)串聯(lián)疊加的源極跟隨器。
[0015]其中，所述多個(gè)源極跟隨器包括一對(duì)或多對(duì)源極跟隨器，每對(duì)源極跟隨器包括N-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET)和P-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET)；以及N-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和P-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極耦接在一起。
[0016]所述無(wú)線(xiàn)接收機(jī)還包括匹配電路，其耦接在所述天線(xiàn)和所述緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)之間，其中，所述匹配電路配置為提供通過(guò)所述天線(xiàn)接收到的帶內(nèi)信號(hào)的電壓增益。
[0017]所述無(wú)線(xiàn)接收機(jī)還包括濾波器，該濾波器耦接在所述天線(xiàn)和所述緩沖器的輸入端之間，所述濾波器包括以下濾波器中的至少一種:聲表面波(SAW)濾波器；體聲波(BAW)濾波器；以及包括電感器和電容器的濾波器。
[0018]其中，所述匹配電路包括無(wú)源元件。
[0019]所述無(wú)線(xiàn)接收機(jī)還包括耦接至第一混頻器的輸出節(jié)點(diǎn)的無(wú)源升壓器。
[0020]其中，所述無(wú)源升壓器是電荷泵。
[0021]所述無(wú)線(xiàn)接收機(jī)還包括多個(gè)串聯(lián)級(jí)聯(lián)的無(wú)源升壓器級(jí)。
[0022]其中，每個(gè)無(wú)源升壓器級(jí)包括具有采樣電容器和開(kāi)關(guān)的電荷泵；以及每個(gè)無(wú)源升壓器級(jí)距離第一混頻器的輸出節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則依次具有越小的采樣電容器和越小的開(kāi)關(guān)。
[0023]其中，每個(gè)升壓器級(jí)以不同頻率運(yùn)行。
[0024]本發(fā)明還提供了一種信號(hào)處理方法，包括以下步驟:接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)；產(chǎn)生本機(jī)振蕩器信號(hào)；利用一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器來(lái)基于所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)和所述本機(jī)振蕩器信號(hào)來(lái)產(chǎn)生新信號(hào)；以及使所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器隔離以減少所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)的加載。
[0025]所述方法還包括提供正交輸出。
[0026]所述方法還包括將緩沖器容性耦接至所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器。
[0027]所述方法還包括濾除所述天線(xiàn)接收到的帶外干擾信號(hào)。
[0028]所述方法還包括以無(wú)源方式對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器的輸出端處的電壓進(jìn)行升壓。
[0029]其中，以無(wú)源方式對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器的輸出端處的電壓進(jìn)行升壓的步驟包括:在第一階段，提供從所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器中的每一個(gè)無(wú)源混頻器到多個(gè)采樣電容器的路徑；以及在第二階段，以使所述多個(gè)采樣電容器被串聯(lián)疊加的方式來(lái)配置所述多個(gè)米樣電容器。
[0030]所述方法還包括級(jí)聯(lián)多個(gè)升壓級(jí)的步驟。
[0031]所述方法還包括以不同頻率運(yùn)行每個(gè)升壓級(jí)的步驟。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0032]附圖是圖解說(shuō)明的實(shí)施例。它們沒(méi)有圖示出所有實(shí)施例?？梢愿郊拥鼗蛱娲厥褂闷渌麑?shí)施例?？梢允÷悦黠@的或不必要的細(xì)節(jié)以節(jié)省空間或以便更有效地圖解說(shuō)明。可以采用附加的部件或步驟以及/或者不包含圖示的所有部件或步驟來(lái)實(shí)施一些實(shí)施例。當(dāng)在不同的附圖中出現(xiàn)相同的附圖標(biāo)記時(shí)，它們指代相同或相似的部件或步驟。
[0033]圖1圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無(wú)源低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)。
[0034]圖2a圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例低噪聲緩沖器。
[0035]圖2b圖示出其中一個(gè)源極跟隨器疊加在相同類(lèi)型的另一個(gè)源極跟隨器頂部的示例低噪聲緩沖器。
[0036]圖2c圖示出其中一個(gè)源極跟隨器疊加在不同類(lèi)型的另一個(gè)源極跟隨器頂部的示例低噪聲緩沖器。
[0037]圖2d圖示出其中兩對(duì)源極跟隨器互相疊加的緩沖器。
[0038]圖3a圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有可選匹配電路的無(wú)源低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)。
[0039]圖3b圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有匹配電路的無(wú)源低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的更詳細(xì)示圖。
[0040]圖4a圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的與混頻器的輸出端耦接的無(wú)源升壓電路。
[0041]圖4b是圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的采樣相位Φ1與增益相位Φ2之間的相位關(guān)系的時(shí)間圖。
[0042]圖5圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的逐個(gè)級(jí)聯(lián)的多個(gè)升壓器。
[0043]圖6圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的仿真模型的第一部分。
[0044]圖7圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的仿真模型的第二部分。
[0045]圖8圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的AC響應(yīng)。
[0046]圖9圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的噪聲系數(shù)。
[0047]圖10圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的噪聲密度。
[0048]圖11圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的線(xiàn)性度測(cè)量值。
[0049]圖12圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的在不同阻斷頻率下的各個(gè)IdB壓縮點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0050]在以下的詳細(xì)描述中，以示例方式闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)相關(guān)指教的透徹理解。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本指教可以在沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他示例中，已經(jīng)以相對(duì)高的層次不帶細(xì)節(jié)地描述了公知方法、過(guò)程、部件和/或電路，以避免不必要地模糊了本指教的各方面。
[0051]下文討論的各種示例是針對(duì)低功耗、低噪聲系數(shù)(NF)的無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)而提供的。在一個(gè)方面中，本文實(shí)現(xiàn)的構(gòu)思針對(duì)適于包括WiFi (例如802.11.ac)在內(nèi)的各種無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)的足夠?qū)挼膸挾峁?。有益效果部分地通過(guò)提供與無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的一個(gè)或多個(gè)混頻器輸出端隔離的天線(xiàn)(和/或可選匹配電路)而得到實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在詳細(xì)參照附圖中圖示出的示例以及下文討論的內(nèi)容。
[0052]圖1圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無(wú)源低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)100。接收機(jī)100包括天線(xiàn)102、耦接到天線(xiàn)102的緩沖器104、耦接到緩沖器的輸出端的無(wú)源混頻器106、耦接到混頻器106的本地振蕩器(LO)llO、以及輸出端112。在一些實(shí)施例中，在LO的(多個(gè))輸出端與混頻器的LO (多個(gè))輸入之間插入數(shù)字邏輯電路或其他電路(例如，NAND門(mén)、NOR門(mén)、XOR門(mén)、緩沖器、反相器等)，以將L0110與混頻器106隔離；或者改變LO波形的一方面(例如，DC偏壓水平、占空比、幅值、或轉(zhuǎn)換速率)。
[0053]天線(xiàn)102是接收周?chē)h(huán)境電磁信號(hào)(例如，感興趣的信號(hào)、背景噪聲、和其他信號(hào))的無(wú)源部件。天線(xiàn)102可以是寬帶或窄帶的，并且可以構(gòu)造為具有任意阻抗值(例如50 Ω )。
[0054]混頻器106是非線(xiàn)性電路，該非線(xiàn)性電路基于來(lái)自天線(xiàn)102的信號(hào)和來(lái)自L(fǎng)0110的頻率來(lái)在輸出節(jié)點(diǎn)112處產(chǎn)生新頻率。例如，混頻器106是無(wú)源的，其中在輸出節(jié)點(diǎn)112處的信號(hào)的功率等于或小于來(lái)自緩沖器104的輸出端的信號(hào)的功率。應(yīng)當(dāng)注意的是，緩沖器104將功率添加到無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)100上。因此，在混頻器106的輸出節(jié)點(diǎn)112處的功率可以高于在天線(xiàn)102的輸出端處的功率。當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)112包括電容性負(fù)載(在下文中詳細(xì)討論)時(shí)，帶有電容性負(fù)載的這樣的無(wú)源混頻器106的(在節(jié)點(diǎn)114處的)輸入阻抗對(duì)于等于或接近于L0110頻率的頻率來(lái)說(shuō)看起來(lái)幾乎是開(kāi)路的。然而，混頻器106在節(jié)點(diǎn)114處的輸入阻抗隨著輸入至節(jié)點(diǎn)114的頻率遠(yuǎn)離L0110頻率而下降。對(duì)于恒定頻率偏移，混頻器106在節(jié)點(diǎn)114處的輸入阻抗也隨著在輸出節(jié)點(diǎn)112處的混頻器阻抗的上升而下降。
[0055]在一個(gè)實(shí)施例中，為了向混頻器106提供足夠?qū)挼妮斎霂捠沟闷淠軌驅(qū)?lái)自天線(xiàn)102的信號(hào)轉(zhuǎn)換至較低頻率，在節(jié)點(diǎn)114處的混頻器輸入由足夠低的阻抗來(lái)驅(qū)動(dòng)。在這一方面，對(duì)于在輸出節(jié)點(diǎn)112處的固定LO偏移頻率和固定負(fù)載阻抗來(lái)說(shuō)，在混頻器帶寬及其驅(qū)動(dòng)器的阻抗之間存在逆相關(guān)。例如，當(dāng)使用新的開(kāi)關(guān)-電容器升壓器(在下文中討論)時(shí)，這種升壓器的電容對(duì)于混頻器輸出節(jié)點(diǎn)112呈現(xiàn)出實(shí)質(zhì)上的電容性負(fù)載。
[0056]緩沖器104是低噪聲緩沖器，該低噪聲緩沖器被構(gòu)造為提供與混頻器106的負(fù)載隔離。例如，緩沖器104提供天線(xiàn)102和混頻器106之間的阻抗隔離。緩沖器104的輸入阻抗高于緩沖器104的輸出阻抗。緩沖器104可以是有源器件但具有I或者低于I的電壓增益。通過(guò)阻抗變換的性質(zhì)，緩沖器104向無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)100提供功率。此外，在天線(xiàn)102和混頻器106之間包括緩沖器104提供了寬帶(或較寬的寬帶)應(yīng)用，例如WiFi，這是因?yàn)榭梢元?dú)立地調(diào)節(jié)天線(xiàn)102 (以及在102和104之間的下文將要討論的匹配電路，如果有的話(huà))的阻抗和混頻器輸入端114的阻抗。因此，接收機(jī)(即，天線(xiàn)102)的源阻抗不需要直接驅(qū)動(dòng)混頻器的輸入阻抗。
[0057]圖2a示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性低噪聲緩沖器。圖2a的緩沖器104a包括金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管202，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管202被構(gòu)造為這樣的源極跟隨器，該源極跟隨器的漏極耦接至電壓源(例如，Vdd)并且其源極耦接至電流源204。在各個(gè)實(shí)施例中，電流源204可以是多晶硅電阻器、薄膜電阻器、擴(kuò)散電阻器、晶體管電流源或任何其它合適的電流源。輸入端205在晶體管202的柵極處而輸出端208在晶體管202的源極處。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖器104a的輸出端208通過(guò)包括與輸出端208串聯(lián)的電容器(圖2a中未示出)來(lái)電容性地耦接至與混頻器106相似的混頻器。與使用LNA的常規(guī)器件相比，當(dāng)被構(gòu)造為源極跟隨器時(shí)，晶體管202具有降低的密勒(Miller)電容。雖然圖2a (及后續(xù)附圖)中將NFET202用于示例性目的，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以將PFET或其它各種有源器件用于該緩沖器，包括但不限于PNP-BJT、NPN-BJT或化合物半導(dǎo)體(例如，GaAs,InP、HEMT 等)。
[0058]圖2b示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)示例性低噪聲緩沖器104b。緩沖器104b包括互相疊加在一起的兩個(gè)源極跟隨器(210和216)。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管210和216為相同類(lèi)型(例如，都是NMOS或都是PM0S)。晶體管210和216的疊加降低了向混頻器(該混頻器耦接至緩沖器的輸出端208b)呈現(xiàn)的阻抗而同時(shí)保存了電流。例如，因?yàn)閷⒘鹘?jīng)210的偏流重新用于偏置216，所以電流被保存(例如，被重新使用)。緩沖器104b包括耦接在第一晶體管210的源極和第二晶體管216之間的第一電流源212。第二電流源218耦接在第二晶體管216的源極和Nss之間。在一個(gè)實(shí)施例中，至緩沖器104b的輸入端通過(guò)電容器220a和220b被AC耦接至晶體管(例如，源極跟隨器)210和216的柵極。類(lèi)似地，輸出端208b可以通過(guò)電容器222a和222b分別被AC耦接至晶體管210和216的源極。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管210和216的柵極分別由DC電壓源Vbl和Vb2通過(guò)電阻器Rbl和Rb2來(lái)偏置。例如，晶體管210和216的柵極通過(guò)Vbl和Vb2來(lái)偏置以適應(yīng)各個(gè)晶體管各自的工作閾值電壓。由于在晶體管210上存在閾值電壓降，因此偏壓Vb2可能不同于(例如，小于)Vbl0
[0059]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)將相同類(lèi)型的多個(gè)源極跟隨器(例如，NFET210和NFET216)疊加起來(lái)時(shí)，為每個(gè)源極跟隨器提供了電流源(例如，分別為212和218)。第二源極跟隨器216的漏極通過(guò)電容器(例如，Cvg226)被AC接地。各個(gè)晶體管210和216的源極均對(duì)輸入端205b處的信號(hào)進(jìn)行AC跟蹤。在104b的構(gòu)造中，存在這樣的權(quán)衡:為了重新使用電流的好處，針對(duì)在輸出端208b處的較低阻抗?fàn)奚粢话氲妮敵鰯[動(dòng)。
[0060]即使疊加各源極跟隨器會(huì)降低低噪聲緩沖器104b的輸出電壓擺動(dòng)，但在輸出端208b處的電壓擺動(dòng)通常足夠小，使得疊加源極跟隨器210和216的好處實(shí)質(zhì)上超過(guò)了輸出端208b處輸出擺動(dòng)(如果存在的話(huà))減小的壞處。在輸出端208b處的電壓擺動(dòng)通常較小，這是因?yàn)樵谔炀€(xiàn)處的期望RF信號(hào)通常較小。然而，在一些情況下，例如當(dāng)接收機(jī)靠近帶內(nèi)或帶外RF源時(shí)，在208b處的輸出信號(hào)將足夠大，使得輸出擺動(dòng)的損耗導(dǎo)致性能退化(例如，下降的IIP3或Idb壓縮點(diǎn))。有利的是，疊加源極跟隨器210和216降低了相同性能下的電流消耗；或者針對(duì)恒定電流以增大的帶寬來(lái)提供較低的NF。應(yīng)當(dāng)理解，基于本申請(qǐng)的教導(dǎo)，可以將多于兩個(gè)的源極跟隨器彼此疊加在一起。
[0061]圖2c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性低噪聲緩沖器104c。在緩沖器104c中，NMOS源極跟隨器和PMOS源極跟隨器(即，250和252)串聯(lián)連接。基于期望的緩沖器的特定功能來(lái)分別由Vb3通過(guò)電阻器Rb3和由Vb4通過(guò)電阻器Rb4來(lái)偏置各個(gè)晶體管250和252的柵極。例如，通過(guò)構(gòu)造DC電壓源Vb3和Vb4以及它們各自的串聯(lián)電阻器Rb3和Rb4，將源極跟隨器(即，晶體管250和252)構(gòu)造為按照A類(lèi)電路、B類(lèi)電路或AB類(lèi)電路來(lái)操作。至緩沖器104c的輸入端205c分別通過(guò)電容器260a和260b來(lái)被AC耦接至晶體管(例如，源極跟隨器)250和252的柵極。輸出端208c可以通過(guò)電容器256來(lái)被AC耦接至各個(gè)晶體管250和252的源極。
[0062]在一些實(shí)施例中，兩對(duì)或更多對(duì)的NM0S/PM0S源極跟隨器彼此串聯(lián)疊加在一起。在這一方面，圖2d示出了其中兩對(duì)NM0S/PM0S源極跟隨器(分別為270a、270b、272a和272b)彼此疊加在一起的緩沖器。在緩沖器104d中所實(shí)施的構(gòu)思與在104c和104b的上下文中所討論的情況相似。因此，為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，不再詳細(xì)討論每個(gè)組件。
[0063]在一個(gè)實(shí)施例中，接收機(jī)100的帶寬可以通過(guò)如下方式來(lái)調(diào)節(jié):改變緩沖器(例如，圖2a至圖2d)偏置點(diǎn)；通過(guò)添加或減去在混頻器106的輸出端112處的電容，包括升壓器(在下文中討論)，或通過(guò)在升壓器內(nèi)的電容器；通過(guò)調(diào)節(jié)升壓器的采樣率；或者通過(guò)調(diào)節(jié)混頻器開(kāi)關(guān)尺寸、占空比、DC偏壓和/或驅(qū)動(dòng)幅度。雖然已經(jīng)將緩沖器104a至104b描述為單端，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的教導(dǎo)也可以應(yīng)用于差分實(shí)施例。
[0064]在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)晶體管的體(body)(即，塊體(bulk))連接至電源軌(例如，NMOS的GND、PM0S的VDD)。在一個(gè)實(shí)施例中，該體連接至基準(zhǔn)電壓將減少背柵(backgate)效應(yīng)或體效應(yīng)。通過(guò)將各個(gè)晶體管的體連接至其源極也可以減輕體效應(yīng)。對(duì)于NM0S，在P襯底工藝中使用深N阱以將NMOS與襯底隔離?？梢耘c在P襯底工藝中連接至PMOS源極的PMOS體(N阱)一起使用PMOS源極跟隨器?？梢允褂肧IMOX工藝或SOI工藝，從而提供低的寄生電容至襯底路徑，以便將襯底連接至晶體管的源極或使體浮置或耗盡；或者將任何其它合適的緩沖器用于匹配電路和混頻器之間。
[0065]如在圖1的討論中所提及的，緩沖器104a至104d不提供電壓增益，但是，它們通過(guò)呈現(xiàn)較低的輸出阻抗來(lái)提供功率增益。當(dāng)然，當(dāng)考慮源極跟隨器的體效應(yīng)時(shí)，緩沖器可以使在輸入端205處測(cè)量到的電壓變小。在一個(gè)示例中，這里所討論的緩沖器在距離本地振蕩器頻率預(yù)定距離(例如，25MHz)處會(huì)貢獻(xiàn)少量噪聲(與RF輸入端的噪聲相比)并且提供比混頻器106的輸入阻抗高的輸入阻抗。此外，緩沖器被配置來(lái)提供比提供給緩沖器輸入端的阻抗低的輸出阻抗，其中提供給緩沖器輸入端的阻抗來(lái)自天線(xiàn)或匹配電路的輸出端(稍后討論)。應(yīng)當(dāng)理解，可以通過(guò)偏置選擇以及通過(guò)傳統(tǒng)方法的晶體管尺寸加工(sizing)來(lái)修改緩沖器的輸出阻抗，這里不詳細(xì)討論。
[0066]圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有可選的匹配電路302的無(wú)源低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)300a。緩沖器1104提供阻抗隔離，從而對(duì)匹配電路302進(jìn)行緩沖，以使得匹配不直接被混頻器1106的輸入端1114加載。輸入匹配電路302的加載Q在感興趣的信號(hào)帶寬上可能相對(duì)平坦，該情況下，接收機(jī)300a的帶寬可通過(guò)緩沖器1104和混頻器1106的特征設(shè)置。通過(guò)在匹配電路和混頻器之間包括緩沖器1104，從混頻器1106的輸入阻抗緩沖了該匹配，從而為接收機(jī)300a提供了較寬的帶寬。此外，包括緩沖器1104允許混頻器1106針對(duì)相同帶寬在輸出端1112處驅(qū)動(dòng)較大的電容負(fù)載。因此，在節(jié)點(diǎn)306處看緩沖器1104的阻抗高，而在節(jié)點(diǎn)1114處看緩沖器1104的阻抗低。換句話(huà)說(shuō)，緩沖器1104的輸入阻抗高于其輸出阻抗。此外，對(duì)于所選信道帶寬的至少一部分，緩沖器1104的輸入節(jié)點(diǎn)306的輸入阻抗高于混頻器1106的第二輸入節(jié)點(diǎn)1114處的阻抗。稍后將更詳細(xì)地描述這些概念。
[0067]圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有匹配電路302b的低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)300b的更詳細(xì)的視圖。在該示例中，匹配電路302b被置于天線(xiàn)1102與緩沖器1104b之間。在一些實(shí)施例中，可以在匹配網(wǎng)絡(luò)之前或之后使用無(wú)源信號(hào)調(diào)節(jié)(例如，表面聲波(SAW)濾波器、體聲波(BAW)濾波器、無(wú)源濾波器、或包括諸如電容器、電感器和電阻器之類(lèi)的無(wú)源元件的另外的匹配網(wǎng)絡(luò))來(lái)濾除帶外干擾。在302b的示例中，匹配電路302b包括無(wú)源組件(例如，電感器、電容器等)。在一個(gè)實(shí)施例中，匹配電路302b將天線(xiàn)阻抗(例如，50歐姆)轉(zhuǎn)換為較高的阻抗，并將其提供給緩沖器的輸入端。因此，來(lái)自天線(xiàn)1102的電壓信號(hào)在匹配電路302b的輸出端306b處增大，從而提供電壓增益，這減小了前端電路(包括緩沖器)中噪聲源的影響。
[0068]接收機(jī)的帶寬部分地通過(guò)在節(jié)點(diǎn)1114b處提供給混頻器輸入端的阻抗來(lái)確定。因此，當(dāng)直接通過(guò)會(huì)提高阻抗的匹配電路302b驅(qū)動(dòng)時(shí)，帶寬可能減小。如上所述，低噪緩沖器1104在匹配電路302b與混頻器1106a和1106b之間提供隔離。在低噪緩沖器(306b)的輸入端處，匹配電路302b看到緩沖器輸入端的小電容和電阻負(fù)載(例如，緩沖器1104b中跟隨器的門(mén)電路)。電容器316和電阻器318的組合為緩沖器輸出端的信號(hào)提供了 DC截?cái)?通過(guò)電容器316)和可選的電平偏移(通過(guò)電阻器318)。在一個(gè)不例中，電容器316和電阻器318的值被選擇為使得從源極跟隨器202的輸出端接收到的AC信號(hào)不會(huì)被明顯地減弱(例如，小于IdB的衰減)。因此，電容器316使來(lái)自源極跟隨器202的輸出端的RF信號(hào)通過(guò)，電阻器318設(shè)置用于輸入到無(wú)源混頻器1106a和1106b的DC值。
[0069]在緩沖器1104b的輸出端(例如，節(jié)點(diǎn)1114b)處，混頻器(例如，1106a)看到源極跟隨器的約1/gm (針對(duì)體效應(yīng)的調(diào)整)。應(yīng)當(dāng)理解，在深度亞微米工藝(例如，65nm CMOS)中，該電阻值可以被配置為50歐姆或更小。此外，源極跟隨器202提供反向隔離。從而，從混頻器1106到天線(xiàn)1102的LO饋通被減小。例如，在出現(xiàn)LO饋通的混頻器輸入端與天線(xiàn)1102之間的耦合僅通過(guò)源極跟隨器202的小柵極電容和通過(guò)匹配電路302b完成。應(yīng)當(dāng)注意，LO饋通可由政府機(jī)構(gòu)規(guī)定。如果接收機(jī)發(fā)射預(yù)定控制閾值以上的LO饋通，則接收機(jī)可能被禁止操作。
[0070]如圖3b所示，接收機(jī)300b可以包括一個(gè)或多個(gè)混頻器(B卩，1106a和1106b)。因此，可以將多個(gè)無(wú)源混頻器耦合至低噪緩沖器1104b的輸出端1114b。例如，可以存在分別具有差分輸出端1112a和1112b的兩個(gè)無(wú)源混頻器(例如，以正交方式驅(qū)動(dòng))，以提供正交降頻轉(zhuǎn)換。每個(gè)無(wú)源混頻器1106a/b可以包括一個(gè)單個(gè)開(kāi)關(guān)(single switch)和一個(gè)電容器，可以為單平衡的(single-balanced)(如圖3B所不)，可以為全平衡的(fully-balanced),或者可以為無(wú)源地執(zhí)行從輸入端到輸出端的頻率變換的任何其他已知的配置。電路300b中示出的是單端輸入到差分輸出平衡的混頻器1106a，其可以被配置為通過(guò)包括由90度相移LO信號(hào)(關(guān)于LO和LObar偏移)驅(qū)動(dòng)的混頻器1106b來(lái)輸出正交信號(hào)。在一些實(shí)施例中，通過(guò)兩個(gè)單端電容器320a和320b接地來(lái)提供差分電容，以使得到地的共模電容大于預(yù)定閾值。這樣，抑制了輸出端(1112a和/或1112b )處的共模電壓變化。
[0071]圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的耦合到混頻器4106(例如，無(wú)源或有源混頻器)的無(wú)源升壓電路400。例如，升壓電路400對(duì)從混頻器4106接收到的信號(hào)的電壓進(jìn)行放大。在一個(gè)實(shí)施例中，升壓器400使用開(kāi)關(guān)蓋(switch-cap)技術(shù)來(lái)對(duì)來(lái)自其輸入端的電壓進(jìn)行升壓并在其輸出端處提供該升壓后的電壓(下文將更詳細(xì)地描述)。但是，可以使用用于變換阻抗的任意已知的無(wú)源配置，包括(但不限于)Dickson電荷泵。
[0072]在圖4a的示例中，在采樣階段Φ I期間，升壓器400提供從混頻器4106到與混頻器的基帶輸出并聯(lián)配置的多個(gè)采樣電容器(例如，410和412)的路徑。因此，升壓電容器410和412被充電至實(shí)質(zhì)上與混頻器4106的輸出端所提供的電壓相同的電壓。在增益階段Φ2期間，采樣電容器410和412串聯(lián)連接，將電容器410兩端的電壓疊加在電容器412的頂部，從而提供電壓增益(例如，在該示例中為加倍)。作為示例，圖4b示出了采樣階段Φ I不與增益階段Φ2重疊。在一些實(shí)施例中，Φ1和Φ2的有效部分在時(shí)間上重疊。除了這些信號(hào)的頻率之外，針對(duì)每個(gè)應(yīng)用來(lái)修改每個(gè)階段的“開(kāi)”和“關(guān)”的持續(xù)時(shí)間。在各種實(shí)施例中，升壓器可以為單端的或差分的。
[0073]在電路400的示例中，電壓增益約為兩倍，其理論功耗為零(假設(shè)使用理想的開(kāi)關(guān)和電容器)。雖然在升壓器400中電壓被增大，但是存在由于各組件的非理想特征而產(chǎn)生的總的功率損失。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)應(yīng)用的特定設(shè)計(jì)需求(例如，期望的增益和帶寬)，在增益階段Φ 2期間，可以串聯(lián)堆疊兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或任意其他數(shù)量的采樣電容器。
[0074]在一個(gè)實(shí)施例中，在增益階段Φ2期間，升壓電容器410和412的串聯(lián)組合與電容器416并聯(lián)稱(chēng)合，以提供信號(hào)調(diào)節(jié)(例如，減少高頻和低頻干擾(spur and glitch)、濾除高頻能量等)。類(lèi)似地，在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)電容器414來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)自混頻器4106的輸入信號(hào)。
[0075]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用來(lái)增大前端增益的一個(gè)接一個(gè)級(jí)聯(lián)的多個(gè)升壓器。例如，通過(guò)級(jí)聯(lián)3X2個(gè)升壓電路502、504和506，實(shí)現(xiàn)8的增益。通過(guò)串聯(lián)級(jí)聯(lián)升壓器級(jí)，通過(guò)在級(jí)聯(lián)中越遠(yuǎn)具有越小尺寸的開(kāi)關(guān)和電容器來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化開(kāi)關(guān)和電容器。例如，由于期望的信號(hào)幅度較高，因此噪聲的敏感性較小。因此，升壓電路506中的開(kāi)關(guān)和電容器的尺寸可以小于升壓電路502中的開(kāi)關(guān)和電容器。換句話(huà)說(shuō)，針對(duì)級(jí)聯(lián)的增益級(jí)502、504和506而調(diào)整(其他參數(shù)中)電容、開(kāi)關(guān)的尺寸，其中級(jí)聯(lián)末端的級(jí)(例如，在該示例中為504和506)具有較小的開(kāi)關(guān)和電容器，以?xún)?yōu)化性能度量，性能度量可以包括尺寸和/或功耗以及帶寬、增益、和/或噪聲系數(shù)。
[0076]應(yīng)當(dāng)注意，由無(wú)源混頻器看到的電容受輸出端508處的電容負(fù)載強(qiáng)烈的影響。例如，如果在輸出端508處存在IpF的負(fù)載，其轉(zhuǎn)化成由混頻器4106看到的64pF的電容。這是因?yàn)樯龎浩鞯妮斎腚娙菔窃鲆娴钠椒降暮瘮?shù)。在該示例中由于三個(gè)增益級(jí)502、504和506而具有8 (即，2X2X2)的總增益，因而具有82XlpF=64pF。本文中討論的緩沖器1104有效地將混頻器4106 (例如，帶有其高電容負(fù)載)與天線(xiàn)(和匹配電路，若存在)隔離開(kāi)。
[0077]在一個(gè)實(shí)施例中，以低于混頻器的LO頻率的頻率對(duì)升壓器進(jìn)行計(jì)時(shí)(例如，以在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器中節(jié)省功率，或在升壓器的頻率響應(yīng)中的特定點(diǎn)處置零)，而在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)升壓器級(jí)的級(jí)聯(lián)中的每一個(gè)升壓器可以以不同頻率運(yùn)行。當(dāng)然，每個(gè)級(jí)也可以以同一頻率運(yùn)行。
[0078]在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)以下至少一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)增益控制功能:(i)對(duì)并行采樣并隨后串聯(lián)連接的電容器的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整；(i i )禁用一個(gè)或多個(gè)升壓器；(i i i )從不同的升壓器或級(jí)聯(lián)的升壓器獲得輸出；(iv)以及反向(backwards)操作升壓器電路，以提供期望的增益(例如，1/2)。
[0079]關(guān)于禁用一個(gè)或多個(gè)升壓器，可以存在旁路各個(gè)電容器的模式。在一個(gè)示例中，添加額外的開(kāi)關(guān)或者將不同的邏輯信號(hào)提供給現(xiàn)有開(kāi)關(guān)，以允許來(lái)自混頻器4106的信號(hào)通過(guò)而不施加電壓增益。
[0080]關(guān)于反向操作升壓器電路，在一個(gè)示例中，在第一階段中，在多個(gè)采樣電容器的兩端串聯(lián)采樣輸入電壓信號(hào)，在第二階段中，在輸出端并行提供將該電壓。進(jìn)一步關(guān)于反向操作升壓器電路，盡管輸出端處的電流被增大，但是輸出端處的電壓在第二階段期間被并聯(lián)連接的采樣電容器的數(shù)量有效地劃分。
[0081]返回參照?qǐng)D4a，在一個(gè)實(shí)施例中，升壓器400的輸入阻抗(即，如被混頻器4106看到的)取決于輸出電容器416 (若存在)以及升壓電容器410和412。由于升壓器電路400類(lèi)似于變壓器來(lái)工作，因此輸出端處的有效電容關(guān)于混頻器的輸入端被增大N2倍，其中N是組合的升壓器級(jí)的電壓增益。然而，由于升壓器級(jí)(例如，圖5的級(jí)502、504和506)的內(nèi)部電容，因此混頻器看到了額外的輸入電容。
[0082]通過(guò)一個(gè)或多個(gè)級(jí)(例如，502至506)來(lái)無(wú)源地放大混頻器4106的輸出端處的信號(hào)，提供了增強(qiáng)的線(xiàn)性度也減小了對(duì)連接至輸出端508的任何有源電路(例如，下游放大器、濾波器和ADC)的噪聲要求。由此，整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的功耗降低。
[0083]在一個(gè)實(shí)施例中，包括了至少一個(gè)升壓電路的接收機(jī)的輸出端處的輸出噪聲類(lèi)似于32K電阻器的噪聲(例如，與前端的50歐姆電阻器相對(duì))。由于已通過(guò)升壓器(其增大了期望信號(hào)也增大了噪聲)增大了等效輸出噪聲電阻，因此需要較小量的電流來(lái)偏置后續(xù)的信號(hào)處理塊。此外，可以不對(duì)降頻轉(zhuǎn)換(例如，在混頻器輸入端之前，從RF轉(zhuǎn)換至基帶)之前的信號(hào)進(jìn)行放大來(lái)提供改善的線(xiàn)性度(例如，與共源放大器或共柵放大器相比)。
[0084]返回參照?qǐng)D4a，在混頻器的輸出端處(例如，在升壓器電路400處)，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)(例如，402、404、406和408)和升壓電容器(例如，410和412)執(zhí)行信號(hào)處理，同時(shí)可以分別通過(guò)升壓器電路400的輸入端和輸出端處的可選電容器(例如，414和416)執(zhí)行額外的信號(hào)調(diào)節(jié)。在這點(diǎn)上，假設(shè)升壓器電路400的開(kāi)關(guān)足夠大并且被足夠有力地驅(qū)動(dòng)從而充分切換大幅度的信號(hào)，則前端線(xiàn)性度將非常好。在一個(gè)實(shí)施例中，接收機(jī)的前端包括壓控振蕩器(VCO)和信號(hào)匹配電感器(未示出)。例如，可以使用接合線(xiàn)電感器或平面電感器。例如，VCO(例如，常規(guī)的或正交的)可以以混頻器4106的LO輸入頻率運(yùn)行。在一些實(shí)施例中，VCO以?xún)杀队诨祛l器的LO輸入頻率運(yùn)行，VCO的輸出被分為一半以驅(qū)動(dòng)混頻器的開(kāi)關(guān)(例如，圖3b的示例中的310和312)從而使得兩個(gè)混頻器被正交驅(qū)動(dòng)。
[0085]在一個(gè)實(shí)施例中，LO緩沖器(例如，反相器、放大器、或者反相器或放大器的級(jí)聯(lián))被用來(lái)將混頻器的開(kāi)關(guān)(例如，310和312)與VCO隔離，從而助于防止LO響應(yīng)于大輸入信號(hào)而拉升。在一個(gè)實(shí)施例中，混頻器的開(kāi)關(guān)310和312耦合至VCO (其可以包括諧振電路)，使得可以由VCO電感來(lái)引起混頻器的開(kāi)關(guān)的(例如，310和312的)電容共振，從而進(jìn)一步降低功耗。
[0086]在一個(gè)實(shí)施例中，VCO包括環(huán)形振蕩器，環(huán)形振蕩器具有環(huán)形連接的奇數(shù)個(gè)反相器(例如，不具有電感器)。VCO頻率可以通過(guò)鎖相環(huán)被鎖定在預(yù)定基準(zhǔn)，鎖相環(huán)可以是整數(shù)N或分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)(PLL)。由于不存在電感器，因此可以減小具體的振蕩器(和整體上的接收機(jī))的尺寸。此外，無(wú)電感器的VCO減小了從振蕩器信號(hào)到輸入到混頻器的敏感RF的耦合，從而降低了 LO饋通及其相關(guān)問(wèn)題，如上所述。無(wú)電感器的VCO也允許基于電感器的開(kāi)關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器布置得接近于VC0，這是因?yàn)椴淮嬖诖判择詈现罝C-DC轉(zhuǎn)換器電感器的VCO電感器。傳統(tǒng)VCO對(duì)來(lái)自DC-DC轉(zhuǎn)換器中使用的電感器的非期望耦合極其敏感。
[0087]通過(guò)示例，假設(shè)2fF/ μ m2的金屬-絕緣體-金屬電容器(MMCAP)，正交降頻轉(zhuǎn)換前端(例如，天線(xiàn)端口至增益提升的輸出)的總電容約為150pF。由于混頻器106和低噪聲緩沖器104的開(kāi)關(guān)在深亞微米工藝中為可以忽略地小，因此接收機(jī)的面積可以被估計(jì)為期望電容所需的面積的兩倍(假設(shè)50%的面積是有源MMCAP)，或者在每邊約為375 μ m (其對(duì)應(yīng)于0.14mm2)ο假設(shè)$0.075/mm2的硅成本，則具有外部接合線(xiàn)匹配(例如，用于電感)的接收機(jī)前端的硅成本在該示例中約為一美分。
[0088]作為示例，圖6至圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低功率無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的示意圖和仿真結(jié)果。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括輸入端口 602(例如，來(lái)自天線(xiàn))、緩沖器604和正交混頻器610的仿真模型。緩沖器通過(guò)電容器Cl和C2容性耦合至正交混頻器610。當(dāng)然，電容器Cl和C2可以由單個(gè)電容器取代?；祛l器610分別包括差分輸出 nOn/p 和 nlp/n。
[0089]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于正交信號(hào)處理的兩通道電荷泵的仿真模型。電荷泵706和708 (例如，連接至同相混頻器)彼此以180度的相位差進(jìn)行操作，當(dāng)一個(gè)電荷泵(例如708 )在采樣時(shí)，丟棄(dump )另一個(gè)電荷泵(例如，7060 )。附加的兩個(gè)電荷泵702和704 (例如，連接至正交相位混頻器)共同地使電荷泵700為正交電荷泵。在一些實(shí)施例中，正交電荷泵700耦合至圖6的混頻器610。例如，由混頻器610提供輸入nOn/P和nlp/n。正交電荷泵分別提供差分輸出outp/n和qoutp/n。圖6和圖7的具有緩沖器604和無(wú)源升壓器(即，電荷泵)的前端適用于實(shí)現(xiàn)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容的接收機(jī)。
[0090]圖8至圖12所示的該示例實(shí)施例的仿真結(jié)果是(例如以2.5GHz)正交驅(qū)動(dòng)混頻器610的開(kāi)關(guān)，并且以312.5MHz驅(qū)動(dòng)無(wú)源升壓器(例如，電荷泵700)。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)源升壓器由通過(guò)分割VCO頻率而從VCO得到的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。在該示例中，通過(guò)緩沖器604的源極跟隨器的電流是1.3mAil.2V。例如，消耗約775 μ A來(lái)驅(qū)動(dòng)混頻器610的各開(kāi)關(guān)(每個(gè)為50μπι/0.06μπι)。假設(shè)了具有接合線(xiàn)電感器的匹配網(wǎng)絡(luò)，其中匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值為30。下面
列出了相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)的一些:
[0091]
噪聲系數(shù)@2.5MHz4.3dB
輸出端處的3dB帶寬4.1MHz
從天線(xiàn)到升壓器輸出 端的增益31 dB
?!/外 HM 40MHz/IOOMHz22 dB /31 dB
輸出噪聲密度23nV/rtHz(相當(dāng)于一個(gè)32K

的電阻器)
[0092]
PldB-1 l/-9dBtn@40/100MHz 偏移
[0093]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的接收機(jī)的AC響應(yīng)。例如，使用了 2.5GHz的LO和與圖2c的104c類(lèi)似的緩沖器。圖8示出了針對(duì)天線(xiàn)端口處恒定輸入信號(hào)幅值的同相增益升壓器的輸出端處的電壓幅值相對(duì)距LO頻率(該示例中為2.5GHz)的頻率距離的曲線(xiàn)。從而，在沒(méi)有有源電壓放大(例如，此處唯一的有源偏壓裝置是緩沖器)的情況下，接收機(jī)提供了超過(guò)4MHz的3dB帶寬以及超過(guò)30dB的DC電壓增益。應(yīng)該理解的是，這種高DC增益、高帶寬、和更陡的衰減(roll off)的組合并不易于利用基于低噪聲放大器(LNA)或無(wú)源混頻器優(yōu)先架構(gòu)的傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0094]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的接收機(jī)的噪聲系數(shù)(NF)。如之前討論的，NF是由信號(hào)路徑(例如，從天線(xiàn)到同相增益升壓器的輸出端)中的各部件造成的信噪比的劣化程度。NF包括混頻器輸出端處的8倍增益級(jí)的噪聲貢獻(xiàn)，如結(jié)合圖5所述。圖9中的NF提供了能夠?qū)邮諜C(jī)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的數(shù)字。在該示例中，關(guān)注頻率范圍中的NF介于4.2和
4.3之間，對(duì)于給定的接收機(jī)的功耗，這比傳統(tǒng)架構(gòu)格外低。
[0095]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的接收機(jī)的輸出噪聲密度。其示出在2.5MHz處，噪聲密度為22.9nV/sqrt (Hz)，這比接收機(jī)輸入端的等效噪聲電阻高。實(shí)際上，高等效噪聲電阻類(lèi)似于32ΚΩ電阻器的噪聲電阻。該噪聲是由接收機(jī)提供的超過(guò)30dB的增益導(dǎo)致的，該增益不僅放大期望的信號(hào)而且還放大噪聲，如結(jié)合圖8所述。從而，如果需要附加增益(例如，當(dāng)30dB的增益不足時(shí))，可以在該接收機(jī)前端之后使用低功率放大器(其比高功率放大器具有更多的噪聲)。相應(yīng)地，相比于現(xiàn)有技術(shù)的方法，包括該附加的低功率放大器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)汲取較少的電流并且占用較少的基板面。
[0096]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的接收機(jī)的線(xiàn)性度。線(xiàn)性度的一種度量(表征)是通過(guò)IdB壓縮點(diǎn)，該IdB壓縮點(diǎn)被定義為增益比小信號(hào)增益小IdB的(針對(duì)輸入的)輸入功率或(針對(duì)輸出的)輸出功率。在該示例中，該IdB壓縮點(diǎn)位于-14.15dBm處。較高的IdB壓縮點(diǎn)增強(qiáng)了對(duì)于天線(xiàn)端口處較強(qiáng)的不期望信號(hào)的排除，以及提供了對(duì)于關(guān)注頻帶中較強(qiáng)的期望信號(hào)的準(zhǔn)確接收。
[0097]圖12示出了無(wú)源混頻器的輸出端的期望信號(hào)幅值(例如，所選信道內(nèi)的信號(hào)幅值)，該信號(hào)具有(i)信道中央以上IOOMHz處的非期望音調(diào)以及(ii)信道中央以上40MHz處的非期望音調(diào)。從而，如果非期望音調(diào)距離信道中央100MHz，則接收機(jī)能夠在期望信號(hào)幅值增益降低IdB之前容忍-9.32dBm的阻斷(blocker)。在距離信道中央40MHz處，接收機(jī)能夠在期望信號(hào)幅值增益降低IdB之前容忍-10.65dBm的阻斷。較高的針對(duì)帶外信號(hào)的IdB壓縮點(diǎn)增強(qiáng)了對(duì)天線(xiàn)端口處較強(qiáng)的不期望信號(hào)的排除。
[0098]應(yīng)該注意，本文中所述的開(kāi)關(guān)可以是PMOS、NM0S、以互補(bǔ)方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)的PMOS和NM0S、BJT或任何其它已知的開(kāi)關(guān)。可以使用諸如底板采樣以及虛擬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)蓋(switch-cap)電荷注入技術(shù)來(lái)衰減電荷注入效應(yīng)。
[0099]在一些實(shí)施例中，有源增益級(jí)跟隨在升壓器輸出端之后，然而在其它實(shí)施例中，在輸入端、輸出端或這兩者處AC耦合的有源增益級(jí)跟隨在升壓器輸出端之后。AC耦合可以用來(lái)從信號(hào)路徑中去除DC偏移和/或閃變?cè)肼暋？梢詮男盘?hào)路徑中禁止(例如，去除)有源增益級(jí)以作為自動(dòng)增益控制(AGC)操作的部件。
[0100]已經(jīng)討論的部件、步驟、特征、目的、益處和優(yōu)勢(shì)僅僅是示例性的。它們中的任何一個(gè)、關(guān)于它們進(jìn)行的討論都不旨在以任何方式限制保護(hù)范圍。還可以構(gòu)想出許多其他實(shí)施例。這些構(gòu)想出的實(shí)施例包括具有更少的、附加的和/或不同的部件、步驟、特征、目的、益處和優(yōu)勢(shì)的實(shí)施例。這些構(gòu)想出的實(shí)施例還包括其中不同排列和/或排序的部件和/或步驟。例如，可以使用雙極晶體管(例如PNP或NPN)來(lái)代替MOS晶體管。此外，可以使用PNP來(lái)代替NPN，而且可以使用PMOS來(lái)代替NM0S。因此，旨在以所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，包括: 第一無(wú)源混頻器，其具有第一輸入節(jié)點(diǎn)、第二輸入節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)； 振蕩器，其耦接至第一無(wú)源混頻器的第一輸入節(jié)點(diǎn)； 緩沖器，其具有與第一無(wú)源混頻器的第二輸入節(jié)點(diǎn)耦接的輸出節(jié)點(diǎn)，其中所述緩沖器配置為提供與第一無(wú)源混頻器的隔離；以及 天線(xiàn)，其可操作地連接至所述緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述緩沖器包括至少一個(gè)有源器件，并且所述緩沖器的增益小于等于I。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述緩沖器的至少一個(gè)有源器件配置為源極跟隨器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，還包括第二無(wú)源混頻器，第二無(wú)源混頻器具有第一輸入節(jié)點(diǎn)、第二輸入節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，其中，所述緩沖器耦接至第二無(wú)源混頻器的第二輸入節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，第二混頻器配置為提供正交輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述緩沖器容性耦接至第一混頻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述振蕩器包括無(wú)電感型環(huán)形振蕩器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，還包括鎖相環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述緩沖器的輸入阻抗大于所述緩沖器的輸出阻抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，在至少一部分所選信道帶寬上，所述緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)的輸入阻抗大于第一混頻器的第二輸入節(jié)點(diǎn)處的阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述緩沖器包括多個(gè)串聯(lián)疊加的源極跟隨器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中: 所述多個(gè)源極跟隨器包括一對(duì)或多對(duì)源極跟隨器，每對(duì)源極跟隨器包括N-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET)和P-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET)；以及 N-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和P-溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極耦接在一起。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，還包括: 匹配電路，其耦接在所述天線(xiàn)和所述緩沖器的輸入節(jié)點(diǎn)之間，其中，所述匹配電路配置為提供通過(guò)所述天線(xiàn)接收到的帶內(nèi)信號(hào)的電壓增益。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，還包括濾波器，該濾波器耦接在所述天線(xiàn)和所述緩沖器的輸入端之間，所述濾波器包括以下濾波器中的至少一種: 聲表面波(SAW)濾波器； 體聲波(BAW)濾波器；以及 包括電感器和電容器的濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述匹配電路包括無(wú)源元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，還包括耦接至第一混頻器的輸出節(jié)點(diǎn)的無(wú)源升壓器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，所述無(wú)源升壓器是電荷泵。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，還包括多個(gè)串聯(lián)級(jí)聯(lián)的無(wú)源升壓器級(jí)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中: 每個(gè)無(wú)源升壓器級(jí)包括具有采樣電容器和開(kāi)關(guān)的電荷泵；以及每個(gè)無(wú)源升壓器級(jí)距離第一混頻器的輸出節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)，則依次具有越小的采樣電容器和越小的開(kāi)關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的無(wú)線(xiàn)接收機(jī)，其中，每個(gè)升壓器級(jí)以不同頻率運(yùn)行。
21.一種信號(hào)處理方法，包括以下步驟: 接收無(wú)線(xiàn)信號(hào)； 產(chǎn)生本機(jī)振蕩器信號(hào)； 利用一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器來(lái)基于所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)和所述本機(jī)振蕩器信號(hào)來(lái)產(chǎn)生新信號(hào)；以及 使所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器隔離以減少所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)的加載。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括提供正交輸出。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括將緩沖器容性耦接至所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混 頻器。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括濾除所述天線(xiàn)接收到的帶外干擾信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括以無(wú)源方式對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器的輸出端處的電壓進(jìn)行升壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，以無(wú)源方式對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器的輸出端處的電壓進(jìn)行升壓的步驟包括: 在第一階段，提供從所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)源混頻器中的每一個(gè)無(wú)源混頻器到多個(gè)采樣電容器的路徑；以及 在第二階段，以使所述多個(gè)采樣電容器被串聯(lián)疊加的方式來(lái)配置所述多個(gè)采樣電容器。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括級(jí)聯(lián)多個(gè)升壓級(jí)的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括以不同頻率運(yùn)行每個(gè)升壓級(jí)的步驟。
【文檔編號(hào)】H04B1/16GK103546176SQ201310298631
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月16日
【發(fā)明者】馬克·艾蘭·萊姆金, 索爾·尼爾森·朱諾 申請(qǐng)人:達(dá)斯特網(wǎng)絡(luò)公司