[发明专利]一种高数据率的毫米波超再生接收机

说明书

本发明公开了一种高数据率的毫米波超再生接收机，涉及新一代信息技术的毫米波收发技术。针对现有技术中存在动态范围小，超再生振荡器SILO残留、前级电路码间串扰等问题提出本方案。采用低噪声放大器直连射频输入信号；超再生振荡器采用交叉耦合振荡结构，且在谐振腔处并联对称MOS管开关，对称MOS管开关由淬灭信号控制实现。优点在于，能够工作在高码元速率的情况；具有较大的动态范围；能够实现高阶数字调制；防止接收机的频谱泄露；相对简单且具有较强的灵活性。

技术领域

本发明涉及新一代信息技术的毫米波收发技术，尤其涉及一种高数据率的毫米波超再生接收机。

背景技术

随着对高数据率无线通信需求的增长，以及毫米波频段宽带电路，如宽带低噪声放大器LNA、PA的发展，人们越来越关注具有中等频谱效率的毫米波频段超高速通信。近年来，有许多CMOS工艺高数据率毫米波接收机被提出。然而，高数据率的实现需要更高的功耗，因为毫米波频段单级放大器的增益十分有限，需要多级放大器级联才能达到足够增益，而宽带毫米波放大器的问题更加严重，因为其为实现超宽带牺牲了部分增益。这些因素也使得设计变得复杂，此外，毫米波频段较大的传播损耗使得这些系统变得低效，实现更高的灵敏度可以一定程度上解决这一问题。

工作在200GHz以上的接收机受限于上述的低增益困扰，不得不将下变频混频器作为接收链路的第一个有源电路，以降低后级电路的工作频率，这种接收机称为IQ双路混频器Mixer-first接收机[1], [2]。然而这种架构只是去掉了功耗较高、增益和噪声性能较差的前级放大电路，IQ双路混频器Mixer-first接收机仍受到较大的混频器损耗的困扰。电路的混频器损耗、噪声，增益限制了接收机的最小输入功率。

毫米波相控阵技术已经被广泛采用，其通过将接收机组成阵列以及波束控制，增大了接收机的增益并改善SNR，较大提高接收机的整体性能。但这也意味着以阵列规模成比例增加的芯片面积与功耗[3]。

接收机的目标是以更小的功耗、复杂度接收与放大输入信号并还原出信号中的信息和减少错误的发生，超再生放大器是一种利用振荡电路起振时的瞬态特性实现放大功能来处理信号的电路。超再生接收机在信号链路中加入超再生电路来放大与处理信号，实现通信功能，具有低功耗、结构简单的特点。在高数据率毫米波接收机中，其不失为一种好的选择。

如图1所示，超再生放大器可采用周期开关的注入锁定振荡器实现，通过淬灭信号Quench（或称为开关信号），控制振荡器周期起振与关闭，对输入信号进行采样。通过改变尾电流源M3的栅极电压控制振荡器的间歇性振荡。作为动态电路，超再生振荡器SILO在振荡建立过程中对相位和幅度信息进行采样。振荡幅度以指数形式增长到其稳态水平，并保留相位信息。注入的信号越强，起振越快，反之则越慢。为了接收下一个符号，超再生振荡器SILO的关闭周期必须足够长，以使振荡信号有足够的时间衰减到可以忽略的值，否则前周期的振荡信号影响下一周期的起振，超再生振荡器SILO的可能锁定在前一个码元，从而造成超再生振荡器SILO灵敏度的退化及误码率的提升。图2所示的结构中，开关是通过改变尾电流源的栅极电压来实现的。这种方式带来的问题是，每次打开和关闭振荡器时，尾电流源晶体管的栅极与地之间的寄生电容必须完成充电和放电，此过程所需的时间限制了超再生振荡器SILO的通断速度[4]。

依据超再生电路的输入信号与输出信号是否维持线性特征将超再生接收机的工作状态分为线性模式与饱和模式。饱和模式具有更大的增益，但起振所需时间长，速度较慢。线性模式输入信号与输出信号大小近似为线性关系，易于实现复杂的调制方式，且其起振时间短，易实现更高的通信速率。