[0001] 本申请涉及射频电路技术领域，尤其是一种高线性度的噪声抵消射频接收机。

[0002] 相关技术的射频接收机目前主要有频移噪声抵消接收机和基带噪声抵消接收机。其中频移噪声抵消接收机采用两条分开的基于无源混频的下变频路径，通过使得两条路径
输出端增益相等但反相、噪声电压增益相等且同相达到噪声抵消的效果，频移噪声抵消接
收机能够实现低噪声系数但通带带宽较窄、线性度较低；基带噪声抵消接收机则在它的基
础上，将所有的有源电路设计工作在基带，基带噪声抵消接收机能够实现低噪声系数和宽
的通带带宽，但是线性度仍然较低且消耗了非常多的功耗。因此，相关技术中人存在需要解决的技术问题。

[0046] 下面结合附图详细描述本发明的实施例对本发明实施例中的高线性度的噪声抵消射频接收机的原理和过程作以下说明。

[0047] 本申请提供一种高线性度的噪声抵消射频接收机。参照图1，高线性度的噪声抵消射频接收机可以包括天线1、多路开关‑电容滤波结构4以及两个结构相同的射频接收IQ模
块。两个结构相同的射频接收IQ模块分别是第一射频接收IQ模块2以及第二射频接收IQ模
块3。第一射频接收IQ模块2以及第二射频接收IQ模块3之间的信号正交。第一射频接收IQ模块2以及第二射频接收IQ模块3均可以包括无源混频器11、信号主传输电路12以及用于噪声
抵消的信号辅传输电路13。无源混频器11的导通电阻较小(小于天线的源电阻的1/10)以实
现高线性度和低噪声。在本申请一些可行的实施例中，射频接收机1还可以包括信号重组电路14。信号主传输电路12以及信号辅传输电路13可以与信号重组电路14连接。

[0048] 进一步地，在本申请一些可行的实施例中，参照图2，多路开关‑电容滤波结构15可以包括四个并联连接的滤波子结构。每个滤波子结构可以包括第一NM OS管M1以及第一电容C1。第一NMOS管M1的漏极可以与第一电容C1的一端连接。第一NMOS管M1的源极接地。第一NMOS管M1的栅极可以与第一外接信号连接。第一电容C1的另一端可以与天线X连接。

[0049] 进一步地，在本申请一些可行的实施例中，参照图2，无源混频器11可以包括第一无源混频结构以及第二无源混频结构。信号主传输电路12可以包括第一正相输入端以及第
一反相输入端。信号辅传输电路13可以包括第二正相输入端以及第二反相输入端。

[0050] 第一无源混频结构可以包括第二NMOS管M2以及第二电容C2。第二NMO S管M2的漏极、第一正相输入端以及第二正相输入端可以与第二电容C2的一端连接。第二NMOS管M2的源极可以与天线连接。第二NMOS管M2的栅极可以与第二外接信号连接，第二电容C2的另一端接地；其中第一外接信号以及第二外接信号均为外接本振LO信号。

[0051] 第二无源混频结构可以包括第三NMOS管M3以及第三电容C3。第三NMO S管M3的漏极、第一反相输入端以及第二反相输入端可以与第三电容C3的一端连接。第三NMOS管M3的源极可以与天线连接。第三NMOS管M3的栅极可以与第二外接信号连接，第三电容C3的另一端接地。

[0052] 进一步地，在本申请一些可行的实施例中，信号主传输电路12可以包括匹配电阻组以及第一跨阻差分放大模块。匹配电阻组可以包括两个阻值相等的匹配电阻Rm。任意一
个匹配电阻Rm的一端可以与第一跨阻差分放大模块的第一正相子输入端连接。任意一个匹
配电阻Rm的另一端作为第一正相输入端。另一个匹配电阻Rm的一端可以与第一跨阻差分放
大模块的第一反相子输入端连接。其中一个匹配电阻Rm的另一端作为第一反相输入端。

[0053] 进一步地，在本申请一些可行的实施例中，信号辅传输电路13可以包括第一跨导放大器G1、第二跨导放大器G2以及第二跨阻差分放大模块。第一跨导放大器G1的一端可以
与第二跨阻差分放大模块的第二正相子输入端连接。第一跨导放大器G1的另一端作为第二
正相输入端。第二跨导放大器G2的一端可以与第二跨阻差分放大模块的第二反相子输入端
连接。第二跨导放大器G2的另一端作为第二反相输入端。进一步地，在本申请一些可行的实施例中，第一跨导放大器、第二跨导放大器G2的跨导为100mS，mS为跨导单位毫西门子。

[0054] 进一步地，在本申请一些可行的实施例中，参照图2，从图2可以看到第二跨阻差分放大模块可以与第一跨阻差分放大模块的结构相同。任意一个跨阻差分放大模块均可以包括第一运算放大器A1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7以及第八电容C8。第四电容C4的一端、第五电容C5的一端、第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第五电阻R5的一端以及第一电阻R1的一端可以与第一运算放大器A1的正相输入端连接。第一电阻R1的另一端、第四电容C4的另一端以及第二电阻R2的一端可以与第一运算放大器A1的反相输出端连接。第五电阻R5的另一端、第八电容C8的另一端以及第四电阻R4的一端可以与第一运算放大器A1的正相输出端连接。第
二电阻R2的另一端、第七电容C7的另一端以及第三电阻R3的一端可以与第六电容C6的一端
连接。第四电阻R4的另一端、第五电容C5的另一端、第三电阻R3的另一端可以与第六电容C6的另一端连接；其中第一电阻R1、第五电阻R5是负反馈电阻。第四电容C4以及第八电容C8是负反馈电容。第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7通过交叉耦合实现信号的正反馈。

[0055] 进一步地，在本申请一些可行的实施例中，第二电阻R2以及第四电阻R4的阻值相同。第三电阻R3的阻值是第四电阻R4的阻值的两倍；第二电阻R2、第四电阻R4以及第三电阻R3在交叉耦合后实现0.5的增益。

[0056] 进一步地，在本申请一些可行的实施例中，参照图2，信号重组电路可以包括第二运算放大器A2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第九电容C9以及第十电容C10。第六电阻R6的一端可以与信号主传输电路12的正相输出端连接。第七电阻R7的一端可以与信号辅传输电路13的反相输出端连接。第八电阻R8的一端可以与信号主传输电路12的反相输出端连接。第九电阻R9的一端可以与信号辅传输电路13
的正相输出端连接。第九电容C9的一端、第十电阻R10的一端、第六电阻R6的另一端以及第七电阻R7的另一端可以与第二运算放大器A2的正相输入端连接。第十电容C10的一端、第十一电阻R11的一端、第八电阻R8的另一端以及第九电阻R9的另一端可以与第二运算放大器A2的反相输入端连接。第九电容C9的另一端以及第十电阻R10的另一端可以与第二运算放大器A2的反相输出端连接。第十电容C10的另一端以及第十一电阻R11的另一端可以与第二运算放
大器A2的正相输出端连接。其中第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9用于将电压信号转换成电流信号并叠加。第二运算放大器A2在连接上第十电阻R10、第十一电阻R11后用于实现跨阻放大器的功能。第十电阻R10、第十一电阻R11是负反馈电阻。第九电容C9以及第十电容C10是负反馈电容。

[0057] 进一步地，参照图3，第一跨导放大器G1以及第二跨导放大器G2均可以包括第十二电阻R12、第十三电阻R13第五MOS管M5以及第四MOS管M4，具体的连接方式如图3所示。第十二电阻R12、第十三电阻R13为源级负反馈电阻，可以增强线性度。

[0058] 进一步地，参照图4，第二运算放大器A2以及第一运算放大器A1可以包括第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11。其具体连接方式可以参照图4。

[0059] 下面结合图5‑图10说明本申请的原理。

[0060] 首先说明本实施例出现的名词：

[0061] 下变频：一种信号处理技术，用于降低信号的载波频率或者直接将载波频率变为直流已得到基带信号。

[0062] Mixer‑first接收机：一种将接收到的天线信号不先经过低噪声放大器，而是直接通过无源混频器下变频到基带的接收机。

[0063] 抗PVT扰动能力：工艺角、电压和温度(Process,Voltage and Temperatur e,PVT)的变化会对电路性能造成影响，抗PVT扰动能力指电路在不同工艺角、电压和温度的情况
下，电路能否工作在较好的指标下的能力。

[0064] 其次，如图5所示的高线性度噪声抵消接收机。天线信号传输到接收机后，首先要经过一个具有带通滤波器功能的多路开关‑电容滤波器，将带外阻塞的干扰尽可能地滤除，然后信号通过一个导通电阻很小的无源混频器下变频到基带；在接收机主通路当中，基带
信号要先经过一个匹配电阻Rm，采用电阻做匹配是因为电阻为无源器件，具有非常好的线
性度，然后再经过基带的低噪声跨阻放大器输出信号I+,main、I‑,main、Q+,main、Q‑,main；在噪声抵消辅通路当中，基带信号先经过一个工作在基带的低噪声跨导放大器，然后再经过低噪声
跨阻放大器输出信号I+,aux、I‑,aux、Q+,aux、Q‑,aux；接收机的主通路与噪声抵消辅通路的基带运算放大器的反馈回路中，都加入正反馈电容以实现带宽扩展；最后接收机的8路输出I+,main、I‑,main、Q+,main、Q‑,main、I+,aux、I‑,aux、Q+,aux、Q‑,aux通过信号重组模块重组信号并再一次放大最后输出信号I+、I‑、Q+、Q‑；其中多路开关‑电容滤波器LO1、LO2、LO3、LO4和混频器的驱动信号LO1’、LO2’、LO3’以及LO4’由如图8所示的本振信号源产生，本振信号源的输入为一对差分正弦波信号。

[0065] 本实施例的接收机的提出首先基于图7所示的Mixer‑first接收机，它常用于高线性度接收机的实现。通常用噪声系数F或NF来衡量噪声的性能，其中NF＝10lgF，F或NF越小，则接收机处理、抑制噪声的性能越好；通常用输入三阶截点(Input Third‑order 
Intercept Point,IIP3)来衡量线性度的性能，IIP3越大则表示接收机的线性度越好，IIP3常以功耗形式出现，单位为dBm，也可以用电压形式表示。

[0066] 假设Rs为天线输入的源电阻，Rsw为无源混频器的导通电阻，Rsh代表谐波通过无源混频器上变频等效的功耗损失，RF为跨阻放大器反馈电阻，N为射频接收机的通道数，则图7所示的Mixer‑first接收机的噪声系数F表达式为：

[0067]

[0068]

[0069] IIP3用电压的方式VIIP3表示，其表达式可以写为：

[0070]

[0071] 由上述F和VIIP3的表达式可以看出，如果想要噪声系数小且要线性度高，则最关键的设计在于无源混频器的导通电阻Rsw要很小。

[0072] 为了进一步提高带外线性度，需要尽早地在前端将带外信号滤除。因此本发明在接收机的混频器前端加入一个并联到地的具有带通特性的多路开关‑电容滤波器，且该滤
波器将NMOS管的源端接地，则当NMOS管开关闭合时，NMOS的漏端电压VD会被拉到地的电平，同时VGS为定值，减小了交调失真，接收机的线性度可以被改善。

[0073] 天线的源电阻Rs通常为50Ω，为了实现阻抗匹配，需要在接收机主通路加入一个匹配电阻Rm。Rm会产生极大的热噪声影响整个接收机的噪声性能，可以通过引入一条噪声抵消辅通路在输出端将热噪声抵消，从而实现低噪声。本发明的接收机在分析噪声抵消时可
以简化为图8所示的模型，其中Vn为匹配电阻Rm产生的噪声电压；在输出端，有用信号被放大且在主通路、辅通路表现为反相，噪声电压则在主通路、辅通路表现为同相，则两条通路的输出信号相减后，有用信号叠加为增益更大的信号，噪声则被抵消。Vn在主通路输出端的噪声电压大小为Vn,main＝VnRF1/(RB+RES)；Vn在辅通路输出端的噪声电压大小为Vn,aux＝VnRF2RES Gm/(RB+RES)。为了可以让Rm的噪声被完全抵消，电路设计需要满足条件Vn,main＝Vn,aux，也就是RF1＝RESRF2Gm。

[0074] 主通路和辅通路的基带低噪声运算放大器内部结构如图10中所示，将一个单级反相器作为放大电路，PMOS管Mcm1和Mcm2具有大电阻可以抑制共模增益，他们的栅极输入端与运放的输出端相连可以起到一个共模负反馈的作用。由于运放是差分的，因此来自电源或
者地的噪声在输出端会被抵消，从而增强了基带放大器对噪声的抵抗能力；同时放大管的
WL需要设计地较大以抑制闪烁噪声。此外，在基带放大器的反馈回路中均加入了正反馈电
容以扩展带宽。由于接收机的差分结构，正反馈实现是依靠交叉耦合的电容电阻，通过低电阻值、非常线性的电阻元件达到0.5的增益；且影响该技术性能的主要是CF/Cn和交叉耦合电阻中的电阻比值，因对工艺、电压和温度(Process,Voltages and Temperature,PVT)的扰
动具有一定抵抗性。

[0075] 身为噪声抵消辅通路引入的低噪声跨导放大器(如图9所示)，其本身引入的噪声很小，因此它的跨导gm要很大；且该跨导放大器工作在基带，频率较低，闪烁噪声比较突出，WL需要设计地很大以保证较小的闪烁噪声。同时设计管子尺寸使得反相器当中的PMOS和
NMOS拥有相同的跨导值，可以提高线性度。

[0076] 在图6的本振信号源产生电路中，输入为差分正弦信号，他们的频率为本振频率fLO的两倍2fLO。首先通过一个大增益、自偏置的反相器生成占空比为50％的方波时钟2LO_P和2LO_N，2LO_P和2LO_N进入“÷2分频器”的时钟输入后，再将两个D触发器Q、 的输出波形与方波时钟进行“与门”操作，最终得到25％占空比、频率为fLO的时钟LO1、LO2、LO3、LO4；LO1、LO2、LO3、LO4经过一个RC网络后，得到一个偏置电压与LO1、LO2、LO3、LO4不同的时钟LO1’、LO2’、LO3’、LO4’，其中偏置电压由Vss的电位确定，RC网络前的反相器用于提高驱动能力。

[0077] 在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

[0078] 尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变
型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

[0079] 以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这
些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。