[发明专利]一种片上超低功耗的无线收发装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信收发装置技术领域，特别是一种片上超低功耗的无线收发装置。

背景技术

物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，它是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线传感网等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、无线传感网(WSN)等，大量的节点设备需要在电池供电的条件下长时间的工作，这要求通信系统在满足高质量通信要求的同时，必须具有很低的功耗，因此设计基于CMOS工艺的超低功耗的无线收发装置是一项关键技术。

随着物联网的不断发展，近年来一些低功耗的射频收发器系统基于IEEE802.15.4协议来组建无线传感网络，它具有抗干扰能力强，灵敏度高，功耗低等优点。然而目前已有的基于ZigBee等的无线收发装置，其功耗要在几十甚至几百毫瓦的水平。传统的无线收发装置结构需要功耗大的数字/模拟信号转换器(DAC/ADC电路)和有源的混频器(Mixer)，这些都增加了系统的功耗。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种片上超低功耗的无线收发装置，使其在满足IEEE802.15.4协议标准的同时具有更低的功耗和更高的通信效率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种片上超低功耗的无线收发装置，包括双工器10、变增益射频前端11、前置放大器12、无源多相滤波器13、自动增益放大器14、比较放大器15、数字处理器16、缓冲器17、除频器18、频率综合器19、变增益功率放大器20、直接相位调制器21和存储器22；其中：双工器10、变增益射频前端11、前置放大器12、无源多相滤波器13、自动增益放大器14和比较放大器15构成接收链路，用于接收和处理无线信号，并转换为低中频数字信号传送给基带处理器；直接相位调制器21、变增益功率放大器20和双工器10构成发射链路，用于调制基带信号到载波频率，并发送无线信号；该接收链路和该发射链路共用双工器10。

上述方案中，该双工器10的一端与天线连接，另一端与变增益射频前端11的输入端和变增益功率放大器20的输出连接，用于射频接收和发射的切换选通及隔离。

上述方案中，该变增益射频前端11由电流复用的变增益低噪声放大混频器、自动增益控制器(AGC)和低噪声放大器构成，其输入端与双工器10连接，输出端与前置放大器12的输入端连接，用于接收放大射频微弱信号及下混频到低中频信号，降低整体接收系统的噪声指数，提高接收灵敏度，将射频信号变频到低中频信号以方便后续低中频电路的处理。

上述方案中，该变增益射频前端11的增益控制是由自动增益控制器(AGC)电路实现的；电流复用的变增益低噪声放大混频器电路功耗极低且具有低的噪声系数；低噪声放大器有共源共栅放大器和两级共源放大器两部分构成，可单转差输出差分射频信号，同时电流复用的有源混频器提高了电路带负载能力和信号增益，输出正交差分的低中频信号。

上述方案中，该前置放大器12的输入端与变增益射频前端11的输出端连接，输出端与无源多相滤波器13的输入端连接，用于抑制带外噪声和放大接收信号。

上述方案中，该无源多相滤波器13是由电容和电阻构成的，其输入端与变增益射频前端12的输出端连接，输出端与自动增益放大器14的输入端连接，用于抑制镜像信号和本振泄露的干扰。

上述方案中，该自动增益放大器14由变增益放大器和峰值检测器构成，其输入端与无源多相滤波器13的输出端接连，输出端与比较放大器15的输入端连接，用于对中频信号动态调整增益放大的增益范围，控制接收信号幅度在理想的电平范围之内。

上述方案中，该变增益放大器由一个高通滤波器、三个级联单级变增益放大器和单位增益缓冲器构成，高通滤波器用于消除前级链路产生的直流失调，单位增益缓冲器用于提高输出电路的带负载能力，峰值检测器用于检测输出信号幅度并产生相应的控制电压信号。

上述方案中，该比较放大器15主要由差分比较器和两级反相器构成，其输入端与自动增益放大器14的输出端连接，输出端连接基带处理器的输入，用于在满足接收机系统灵敏度的同时以更低的功耗实现将中频的模拟信号转换为数字信号，避免使用ADC这种需要高速时钟高功耗的额外电路。