[发明专利]一种实现低功耗射频接收机的模块指标分配方法

说明书

技术领域：

本发明专利涉及射频前端模块指标的分配方法，按照这种方法分配射频接收机前端电路模块指标，可以用最低的功耗来满足系统的性能要求。

背景技术：

随着通信技术的不断发展，人们对通信设备的要求日益提高，由于射频系统的比较复杂，而通信协议非常灵活且更新速度比较快，对射频接收机前端做系统建模可以为设计者提供指导，这是射频收发系统设计中极为关键的一个步骤。射频接收机大致包括超外差式、零中频式、低中频式等多种结构，每种结构各有优缺点。虽然结构多种多样，但射频接收机都是由一些基本器件级联而成，实现GHz频段微弱信号检测、信号放大、频谱搬移等多种功能。为了方便说明，本发明专利将以零中频结构为例，在这种结构中有用信号被直接下变频为I/Q两路正交基带信号，它的系统级模型如附图1所示。其中标号1所指即射频输入端口，标号2、3所指的是信号输出端口。整个系统由标号4所指的低噪声放大器(LNA)、标号5所指的混频器(Mixer)、标号6所指的滤波器(Channel filter)和标号7所指的自动增益控制电路(AGC)组成，输出信号将作为模数转换器(ADC)的输入。射频接收系统都是针对特定的通信协议设计的，在通信协议中通常会规定信号的频率范围、最强和最弱输入信号、最强的相邻和相间信道干扰等参数，系统设计者将参考这些指标来推算接收机整体的增益(G)、噪声系数(NF)和线性指标，同时将其合理地分配给每一个模块。对于级联的射频系统而言，噪声系数和线性度指标都与每级的增益有关，这三种指标耦合在一起，设计者通常都依据自身的经验来进行分配，并没有通用的分配方法。

发明内容：

在特定的协议中，给定输入信号后，系统增益和噪声系数固定，设为G_total和NF_total，其中系统增益由输入信号强度、输入ADC的噪声以及协议规定的最小信噪比决定，而系统的最大噪声系数由输入信号强度、信号带宽以及协议规定的最小信噪比决定。最大输入信号的强度决定了器件的线性指标，通常用1dB压缩点和三阶交调点来描述电路的线性。为了保证电路性能，其输入1dB压缩点应高于最强输入信号，而通常输入三阶交调点(IIP3)又比输入1dB压缩点高10dBm。在输入信号较弱的情况下，低噪声放大器的最强输入信号是协议规定的最强干扰信号，例如在IEEE802.15.4中规定最强相间信道干扰为-52dBm(高于最弱输入信号30dB)。当输入信号高于最强干扰信号时，背景噪声对信号的影响变得比较小，此时它需要的增益就比较小，可以将低噪声放大器去掉，此时混频器是系统的第一级，它的最大输入信号即为此时输入信号的强度。对于给定的系统增益G_total、噪声系数NF_total和输入三阶交调点IIP3_total指标，本发明专利提出一种通用的射频接收机前端电路模块指标分配方法，可以在接近最低功耗的情况下满足系统的整体性能要求。

电路模块的性能指标与它的电压、电流和拓扑结构有密切关系。当模块设计者选定了拓扑结构后，对该模块的电压和电流进行扫描，可以得到各项性能和电压、电流以及功耗的函数关系。附图2为一种0.18um CMOS工艺实现的低噪声放大器原理图，附图2、附图3和附图4分别为该低噪放在电源电压和电流平面上的等三阶交调点曲线、等噪声系数曲线和等增益曲线。本发明是在传统系统指标分配方法基础上，在已知模块拓扑结构和各项性能与电源电压和供电电流的关系后，对模块指标进一步优化。优化策略是在系统总增益和噪声系数恒定的前提下，尽量减小射频模块的增益，增加基带滤波器后的基带部分的增益，这样降低了前级模块的线性要求，而基带放大器的输入信号经过了滤波，干扰信号得到了抑制，线性度要求可以放宽，从而实现系统的低功耗。

附图说明：

附图1零中频接收机模型

附图2源极电感负反馈结构低噪声放大器原理图

附图3输出三阶交调点变化曲线

附图4噪声系数变化曲线

附图5增益变化曲线

附图6系统指标分配流程

具体实施方式：

1、根据经验分配系统中各个模块的指标初值。

2、根据模块指标的初值设计各个模块，并且扫描模块的电源电压与供电电流，得到增益、噪声系数与三阶交调点与电源电压和供电电流的关系。