本发明专利技术公开一种基于线性矫正谐波抑制技术的接收机射频前端，包括一个本振时钟产生链路和一个低噪声放大器、两个无源混频器、四个可控增益的跨导放大器，两个谐波抑制及矫正阵列，以及两个可控增益的跨阻放大器。本发明专利技术谐波抑制及矫正阵列分别为增益矫正和相位矫正设置了独立的电阻阵列来解决相位和增益匹配问题，显著提高了谐波抑制比。本发明专利技术射频前端在实际使用中只需要上电后对增益和相位进行预校准，之后随着载波频率的改变对相位可调电阻进行线性校准，这使得其在在很大程度上降低了测试成本，并使得其在多频带多协议的应用中有独特的优势。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路，涉及一种基于线性矫正谐波抑制技术的接收机射频前端，具体涉及一种适用于宽带射频接收机的谐波抑制射频前端。
技术介绍
1、随着信息和通信技术产业的发展，物联网的信息和节点数目正在爆炸式增长。宽带接收机是物联网生态的核心模块之一，其主要起到将射频信号下变频到可以用于模数转换器处理的基带信号的作用。但是，宽带系统里本振谐波干扰的问题严重影响了接收机的信噪比，在传统的接收机设计中，常用片外滤波把干扰信号滤除，所以对干扰信号影响不大。但是，物联网微基站正在朝着更低成本更低功耗更高集成度的方向发展，片上的谐波抑制就变得更加重要。接收机混频器分为有源混频器和无源混频器两种，以无源混频器较为常用。无源混频器在下混频过程中用到方波本振信号lo(local oscillator)，假设本振信号是50％理想占空比的方波信号，其傅里叶展开式如下：
2、
3、以上可以看出lo信号有比较高的奇次谐波分量，其三阶、五阶谐波抑制比仅为-10db、-15db，如果在本振信号的奇次谐波附近存在干扰信号时，其干扰信号将会随着混频器混入带内，极大地降低信噪比，降低信号质量。
4、在不使用片外滤波器的情况下，采用谐波抑制射频前端是解决该问题的有效方法，通过消除lo信号的奇次谐波分量，便可以非常有效地提高接收机的抑制谐波干扰的能力。同上述，假定本振信号为理想方波，且为相邻的45°相移的三相时钟如0°，45°，90°，则它们的混频特性的傅里叶展开如下：
5、
6、
7、
>8、把上述表达式(2)(3)(4)按照1:√2:1的权重相加，则输出的信号如下：9、
10、从表达式(5)可得，理论上此方案得奇次谐波抑制比将会无穷大，但由于放大电路的失配，以及整个带宽内lo相位的失衡，因而会出现增益失配和相位失配，进而限制了此种谐波抑制方案的性能，需要额外的矫正电路对失衡进行补偿。如图1a所示，通过电阻网络对相移45°的三路信号以近似1:√2:1的比例相加,再通过跨阻放大器完成到电压信号的转化，由于实际芯片制造过程中电阻会出现失配，差分运放会出现差分偏差等，加和比例会出现一定的误差。图1a中展示了在蒙特卡洛仿真中各路信号增益相对于理想增益的偏差情况，呈正态分布，且3σ置信区间为0.991～1.009。此外，该偏差为各路信号之间的本征误差，其数值不会随本振信号的频率而变化。如图1b所示，在以d触发器链为例的多相lo产生电路中，由于电路有电容与电阻的寄生，多相lo时钟信号会产生rc时延，且由于不同节点有不同的寄生环境，不同输出相位的lo信号也有不同的相对时延。由f＝1/t可得，不同的lo频率下同一个rc时延对应不同的相位误差，因此随着lo频率升高多相时钟产生链路每个相位的相对误差也会线性变大，在八相电路中相位误差的相对变化如图1b所示。
11、对于由于非理想因素造成的谐波抑制比的下降，已经有多种面向谐波抑制矫正的技术，如hyouk-kyu chaa等人在2011年的tmtt文章a cmos wideband rf front-end withmismatch calibrated harmonic rejection mixer for terrestrial digital tv tunerapplications在混频器后使用可配置电阻网络对谐波抑制进行幅度和相位的矫正，这种矫正方法往往能够获得较高的谐波抑制比，但是不同频率下都需要进行重新校准，在当下更宽带的应用中会极大地提升应用成本。seunghyeon kim等人在2017年的tcas-ii文章acmos uhf harmonic rejection transceiver with 2-d lo phase calibration for tvwhite space applications则在lo产生器中使用相位插值器进行相位矫正，这种矫正方法可以从根源上完成对于相位的校准，但是放大电路本身的失配难以控制，导致最终其奇数次谐波的谐波抑制比只有50db左右。faizan ul haq等人在rfic的文章ablocker-toleranttwo-stage harmonic-rejection rf front-end使用了两级射频前端对射频信号进行两次谐波滤除，从而在不需要复杂校准的情况下获得更高的谐波抑制比，但是两级射频前端本身会占用更大的芯片面积和整体功耗，并且恶化噪声系数。此外模块本身的失配并没有被根本解决，系统的总谐波抑制比仍然低于60db，相比于有矫正电路的接收机有将近20db的差距。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供一种新型的易于矫正的谐波抑制接收机前端结构，实现全带宽的相位和增益的精确简易匹配与校准，相比于没有矫正的谐波抑制方案，全带宽谐波抑制比从约40db显著提高到75db以上。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种接收机射频前端，其特征在于，包括一个本振链路和一个低噪声放大器、两个无源混频器、四个可控增益的跨导放大器，两个谐波抑制及矫正阵列，以及两个可控增益的跨阻放大器，所述本振链路产生12.5％占空比的45°相移的八相时钟信号作为无源混频器的本振信号，射频信号经过天线接收并经过无源巴伦单转差后进入低噪声放大器放大，所述低噪声放大器输出端分别与两个无源混频器输入端相连，所述射频信号被无源混频器与本振信号进行混频到基带信号，所述无源混频器输出端分别与两个跨导放大器输入端相连，基带信号经过跨导放大器作信号放大与阻抗变换后输入到谐波抑制及矫正阵列，所述谐波抑制及矫正阵列包括增益校正电阻阵列g、相位校正电阻阵列p和一固定阻值的电阻阵列，两个谐波抑制及校准阵列分别对i路信号和q路信号作谐波抑制，上述两个谐波抑制及矫正阵列的输出信号分别接入到跨阻放大器后输出。
4、进一步，所述增益校正电阻阵列g和相位校正电阻阵列p均为可调节阻值的电阻阵列，其中，通过调节益校正电阻阵列g的阵列阻值调节输出阻抗，从而使得q路增益与i路相匹配，并分别与矫正向量相匹配；同时通过调节相位校正电阻阵列p的阵列阻值对信号向量的方向误差作矫正。所述固定阻值电阻阵列的三个链路阻值比为17:12:17，将i、q四路里各自三个45°相差的中频信号的增益精准控制为1：√2：1并加和。
5、进一步，所述本振链路包括本振信号缓冲器、一个频率除四电路、一个八相产生电路和一个非交叠时钟产生电路，所述本振信号缓冲器的输出端与所述频率除四电路的输入端相连，所述频率除四电路的输出端与所述八相产生链路的输入端相连，所述八相产生链路的输出端与所述非交叠逻辑电路相连，输入频率为fclk的时钟信号clkp和clkn首先通过所述本振信号缓冲器产生差分方波时钟信号，该差分方波时钟信号经过频率除四电路产生频率为0.25fclk的除四时钟信号，所述除四时钟信号与原差分方波时钟信号经过八相产生电路产生频率为0.25fclk的45°相移的时钟信号，且其占空比为50％，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种接收机射频前端，其特征在于，包括一个本振链路和一个低噪声放大器、两个无源混频器、四个可控增益的跨导放大器，两个谐波抑制及矫正阵列，以及两个可控增益的跨阻放大器，所述本振链路产生12.5％占空比的45°相移的八相时钟信号作为无源混频器的本振信号，射频信号经过天线接收并经过无源巴伦单转差后进入低噪声放大器放大，所述低噪声放大器输出端分别与两个无源混频器输入端相连，所述射频信号被无源混频器与本振信号进行混频到基带信号，所述无源混频器输出端分别与两个跨导放大器输入端相连，基带信号经过跨导放大器作信号放大与阻抗变换后输入到谐波抑制及矫正阵列，所述谐波抑制及矫正阵列包括增益校正电阻阵列G、相位校正电阻阵列P和一固定阻值的电阻阵列，两个谐波抑制及校准阵列分别对I路信号和Q路信号作谐波抑制，上述两个谐波抑制及矫正阵列的输出信号分别接入到跨阻放大器后输出。
2.如权利要求1所述的接收机射频前端，其特征在于，所述增益校正电阻阵列G为可调节阻值的电阻阵列，通过调节益校正电阻阵列G的阵列阻值使得Q路增益与I路相匹配，并分别与矫正向量相匹配；所述相位校正电阻阵列P也为可调节阻值的电阻阵列，通过调节相位校正电阻阵列P的阵列阻值对信号向量的方向误差作矫正。
3.如权利要求2所述的接收机射频前端，其特征在于，所述接收机射频前端上电后，对增益校正电阻阵列G和相位校正电阻阵列P进行预校准，之后随着载波频率的改变对相位校正电阻阵列P进行线性校准。
4.如权利要求1所述的接收机射频前端，其特征在于，所述固定阻值电阻阵列的三个链路的阻值比为17:12:17，将I、Q四路里各自三个45°相差的中频信号的增益精准控制为1：√2：1并加和。
5.如权利要求1所述的接收机射频前端，其特征在于，所述本振链路包括本振信号缓冲器、一个频率除四电路、一个八相产生电路和一个非交叠时钟产生电路，所述本振信号缓冲器的输出端与所述频率除四电路的输入端相连，所述频率除四电路的输出端与所述八相产生链路的输入端相连，所述八相产生链路的输出端与所述非交叠逻辑电路相连，输入频率为fclk的时钟信号CLKP和CLKN首先通过所述本振信号缓冲器产生差分方波时钟信号，该差分方波时钟信号经过频率除四电路产生频率为0.25fclk的除四时钟信号，所述除四时钟信号与原差分方波时钟信号经过八相产生电路产生频率为0.25fclk的45°相移的时钟信号，且其占空比为50％，该信号经过非交叠时钟产生电路产生12.5％占空比的45°相移的八相时钟信号。
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【技术特征摘要】
1.一种接收机射频前端，其特征在于，包括一个本振链路和一个低噪声放大器、两个无源混频器、四个可控增益的跨导放大器，两个谐波抑制及矫正阵列，以及两个可控增益的跨阻放大器，所述本振链路产生12.5％占空比的45°相移的八相时钟信号作为无源混频器的本振信号，射频信号经过天线接收并经过无源巴伦单转差后进入低噪声放大器放大，所述低噪声放大器输出端分别与两个无源混频器输入端相连，所述射频信号被无源混频器与本振信号进行混频到基带信号，所述无源混频器输出端分别与两个跨导放大器输入端相连，基带信号经过跨导放大器作信号放大与阻抗变换后输入到谐波抑制及矫正阵列，所述谐波抑制及矫正阵列包括增益校正电阻阵列g、相位校正电阻阵列p和一固定阻值的电阻阵列，两个谐波抑制及校准阵列分别对i路信号和q路信号作谐波抑制，上述两个谐波抑制及矫正阵列的输出信号分别接入到跨阻放大器后输出。
2.如权利要求1所述的接收机射频前端，其特征在于，所述增益校正电阻阵列g为可调节阻值的电阻阵列，通过调节益校正电阻阵列g的阵列阻值使得q路增益与i路相匹配，并分别与矫正向量相匹配；所述相位校正电阻阵列p也为可调节阻值的电阻阵列，通过调节相位校正电阻阵列p的阵列阻值对信号向量的方向误差作矫正。
【专利技术属性】
技术研发人员：廖怀林，白浩宇，王栋，高可儿，郝玲，刘军华，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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