本發(fā)明實(shí)施例涉及具有可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的超低功耗rf接收器前端。

背景技術(shù)：

本發(fā)明大體涉及rf接收器領(lǐng)域。

由于減小功耗會(huì)增加電池壽命，因此在無(wú)線器件中將功耗考慮為重要的設(shè)計(jì)。rf收發(fā)器用于許多現(xiàn)代無(wú)線器件中，例如蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理器以及智能手機(jī)。rf接收器前端電路通常使用相對(duì)大量的dc電源，因此需要減小rf接收器前端電路的dc功耗以便減小無(wú)線收發(fā)器的整體dc功耗。

除了要解決接收器前端電路的dc功耗設(shè)計(jì)需求，rf接收器前端電路還必須有效地將輸入rf信號(hào)從天線連接至低噪音放大器(lna)以便通過(guò)下轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行后續(xù)工藝。輸入rf信號(hào)的有效連接通常取決于低噪音放大器的操作點(diǎn)。然而，選擇用來(lái)滿足低dc功耗需求的操作點(diǎn)可能不支持輸入rf信號(hào)的有效連接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種可調(diào)匹配電路，包括：輸入端口，用于通過(guò)具有寄生電感的電連接接收rf輸入信號(hào)；輸出端口；開(kāi)關(guān)電容器電路，連接至所述輸入端口和接地，所述開(kāi)關(guān)電容器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；開(kāi)關(guān)電阻器電路，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述開(kāi)關(guān)電阻器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；以及低噪音放大器(lna)，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述低噪音放大器配置為放大所述rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)，其中，所述低噪音放大器配置為在超低功耗模式下運(yùn)行。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種可調(diào)匹配電路的設(shè)計(jì)方法，包括：通過(guò)具有寄生電感的電連接在可調(diào)匹配電路的輸入端口處接收rf輸入信號(hào)；通過(guò)從第一數(shù)字控制位輸入端口接收輸入來(lái)改變開(kāi)關(guān)電容器電路的狀態(tài)以調(diào)整所述可調(diào)匹配電路，所述可調(diào)匹配電路連接至所述輸入端口和接地；通過(guò)從第二數(shù)字控制位輸入端口接收輸入來(lái)改變開(kāi)關(guān)電阻器電路的狀態(tài)以調(diào)整所述可調(diào)匹配電路，所述可調(diào)匹配電路連接至所述輸入端口和輸出端口；以及通過(guò)使用連接至所述輸入端口和所述輸出端口的低噪音放大器(lna)放大所述rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)，其中，在超低功耗模式下使用所述低噪音放大器。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種可調(diào)匹配rf接收電路，包括：輸入端口，用于通過(guò)具有寄生電感的電連接接收rf輸入信號(hào)；輸出端口；開(kāi)關(guān)電容器電路，連接至所述輸入端口和接地，所述開(kāi)關(guān)電容器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；開(kāi)關(guān)電阻器電路，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述開(kāi)關(guān)電阻器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；低噪音放大器(lna)，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述低噪音放大器配置為放大所述rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)；以及同相/正交下變頻器對(duì)，連接至所述rf輸出信號(hào)以及配置為輸出同相基帶信號(hào)和正交基帶信號(hào)，其中，所述低噪音放大器和所述同相/正交下變頻器對(duì)配置為在超低功耗模式下運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。

圖1是無(wú)線接收器前端的框圖。

圖2是無(wú)線接收器前端的電路圖。

圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例的隨時(shí)間的變化的局部振蕩器波形。

圖4是根據(jù)一些實(shí)施例的用于無(wú)線接收器前端的電路圖。

圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于圖4的開(kāi)關(guān)電容器陣列的電路拓?fù)洹?/p>

圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于圖4的開(kāi)關(guān)電阻器陣列的電路拓?fù)洹?/p>

圖7示出了根據(jù)一些實(shí)施例的以2.5ghz為中心的各種頻率的回波損耗。

圖8示出了根據(jù)一些實(shí)施例的示例方法。

將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1描述了rf接收器前端電路100的總體框圖。rf接收器100通常通過(guò)天線(沒(méi)有示出)接收信號(hào)，rf輸入。rf接收器前端電路100包括低噪音放大器(lna)110、局部振蕩器(lo)120以及同相(in-phase)工藝鏈和正交工藝鏈。同相工藝鏈包括同相混頻器130a以及跨阻放大器(tia)140a。正交工藝鏈包括正交混頻器130b以及tia140b。lo120提供振蕩器信號(hào)i+和i-至同相混頻器130a。lo120也提供振蕩器信號(hào)q+和q-至正交混頻器130b。正交振蕩器信號(hào)q+和q-與同相振蕩器信號(hào)i+和i-處于相同頻率，但是有90度異相。

同相混頻器130a混合放大輸入rf信號(hào)與同相振蕩器信號(hào)i+和i-以便下轉(zhuǎn)換放大輸入rf信號(hào)至期望的頻率，例如，中頻(if)或者基帶頻率。在該混合工藝中，振蕩器信號(hào)與輸入rf信號(hào)交互以在頻率(該頻率等于兩種輸入頻率的和頻和兩種輸入頻率的差頻)處被稱為混合產(chǎn)品的輸出。其它混合產(chǎn)品也會(huì)產(chǎn)生，其它混合產(chǎn)品是和差產(chǎn)品的的整數(shù)倍，并且通常在振幅上低于和差產(chǎn)品。此外，通過(guò)較高頻率的和頻產(chǎn)品的低通濾波的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于差頻產(chǎn)品和頻產(chǎn)品通常會(huì)顯著衰減。就多余的產(chǎn)品需要進(jìn)一步的衰減，額外的濾波可用于具體的實(shí)施例中。同樣地，正交混頻器130b混合放大輸入rf信號(hào)與正交振蕩器信號(hào)q+和q-以便將放大輸入rf信號(hào)下轉(zhuǎn)換至相同的期望頻率，例如，中頻(if)或者基帶(bb)頻率。tia140a放大同相基帶電流信號(hào)，并且還將同相基帶電流信號(hào)轉(zhuǎn)換至同相基帶電壓信號(hào)。同樣地，tia140b放大下轉(zhuǎn)換正交基帶電流信號(hào)，并且還將下轉(zhuǎn)換正交基帶電流信號(hào)轉(zhuǎn)換至正交基帶(bb)電壓信號(hào)?；鶐V波器150從tia140a和tia140b中接收電壓輸出信號(hào)，并且過(guò)濾這些信號(hào)以提供輸出基帶信號(hào)bb輸出。基帶濾波器150提供的過(guò)濾可用于移除下轉(zhuǎn)換工藝引入的任何虛假信號(hào)。rf接收器前端電路100可用于任何無(wú)線器件中，無(wú)線器件可根據(jù)任何已知的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)或者協(xié)議無(wú)線地接收信號(hào)。

在實(shí)施例中，圖1的系統(tǒng)架構(gòu)可作為超低功耗rf接收器執(zhí)行。在這種超低功耗rf接收器的實(shí)施例中，混頻器可能是無(wú)源混頻器，以及可通過(guò)低電源電壓vdd提供動(dòng)力給lna110內(nèi)的有源器件(例如，晶體管)。例如，電源電壓vdd可能低至0.8v。然而，考慮到半導(dǎo)體有源器件的電流電壓特性中的拐點(diǎn)或者拐角，這種低電源電壓可能會(huì)嚴(yán)格地限制lna110中的有源器件的線性特性。使用這種低電源電壓來(lái)操作半導(dǎo)體器件構(gòu)成操作的超低功耗模式。為了解決這種操作模式下的線性特性問(wèn)題，lna110可能使用電流模式操作而不是電壓模式操作。在電流模式操作中，lna110將輸入電壓信號(hào)rf輸入轉(zhuǎn)換為輸出電流信號(hào)以用于輸入混頻器130a、130b，以用于隨后的頻率下轉(zhuǎn)換。使用電流模式方法還提供了關(guān)于減少芯片面積設(shè)計(jì)的更多好處，這事因?yàn)樵趌na110和下轉(zhuǎn)換混頻器130a、130b之間不再需要分路感應(yīng)線圈以便通過(guò)lna110提供合適的輸出電壓信號(hào)電平。

不同的電路可執(zhí)行圖1中示出的系統(tǒng)構(gòu)架。圖2描述了電流模式超低功耗rf接收器前端電路200的實(shí)施例的電路圖。rf接收器前端電路200包括了互補(bǔ)lna210以及i/q無(wú)源下轉(zhuǎn)換混頻器230a、b。lna210包括被配置為形成互補(bǔ)放大器的n溝道晶體管m1以及p型溝道晶體管m2。術(shù)語(yǔ)“互補(bǔ)”放大器指的是使用兩種類型的串聯(lián)晶體管。在另一個(gè)互補(bǔ)放大器的實(shí)施例中，m1可能是p溝道晶體管以及m2可能是n溝道晶體管。n型溝道晶體管m1以及p型溝道晶體管m2串聯(lián)連接以便電流被兩種晶體管使用(或者“再使用”)。相比于兩個(gè)晶體管原本可能需要的dc功耗，這種電流“再使用”配置降低了dc功耗。通過(guò)lna210，lna210的輸入rf電壓信號(hào)、rf輸入被轉(zhuǎn)換以提供輸出rf電流，rf輸出。lna210的傳輸功率增益是由(gmn+gmp)的總跨導(dǎo)增益提供的，其中g(shù)mn和gmp分別代表了m1和m2的跨導(dǎo)。請(qǐng)注意，圖2中的電阻器r1用于提供lna210中使用的互補(bǔ)晶體管設(shè)計(jì)的自適應(yīng)偏置。在lna210的實(shí)施例中，r1的典型值大約是20kω以便提供期望的rf扼流能力。圖2中的感應(yīng)器l1表現(xiàn)了由rf輸入連接(例如，芯片上金屬布線跡線、接合引線或者覆晶凸塊)導(dǎo)致的寄生電感，。

如下在圖2中執(zhí)行下轉(zhuǎn)換混頻器230a、230b。如以上所注意的，下轉(zhuǎn)換混頻器230a、230b提供同相/正交無(wú)源下轉(zhuǎn)換，從而轉(zhuǎn)換lna210中的rf電流信號(hào)至對(duì)應(yīng)的基帶電流信號(hào)：if_i+、if_i-、if_q+和if_q-。下轉(zhuǎn)換混頻器230a、230b包括晶體管m3、m4、m5和m6，其中每個(gè)都連接至lna210中的rf輸出。晶體管m3、m4、m5和m6通過(guò)各自的局部振蕩器信號(hào)lo_i+、lo_i-、lo_q+和lo_q-驅(qū)動(dòng)。還是參考圖2，為了在超低功耗操作下實(shí)現(xiàn)更高的線性，晶體管m3、m4、m5和m6充當(dāng)被lo_i+、lo_i-、lo_q+和lo_q-的i/q微分lo信號(hào)控制的開(kāi)關(guān)使用。控制信號(hào)vg還通過(guò)各自的電阻器rg1、rg2、rg3和rg4分別應(yīng)用于每個(gè)晶體管m3、m4、m5和m6的柵極?？刂菩盘?hào)vg允許更加流暢地執(zhí)行晶體管開(kāi)關(guān)，同時(shí)混頻器轉(zhuǎn)換增益通過(guò)vg的適當(dāng)值可達(dá)到最佳化。與常見(jiàn)的雙平衡混頻器導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換增益相比，為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換增益，可調(diào)整lo信號(hào)的占空比。例如，圖3示出了示例性實(shí)施例，其中使用25％的占空比lo信號(hào)，lo信號(hào)具有flo頻率。如圖3所示，在(1/flo)期間內(nèi)，每個(gè)lo_i+、lo_i-、lo_q+和lo_q-在時(shí)間的25％是活躍的，其中活躍期間以90度相位彼此分離。

如以上注意的，輸入rf信號(hào)的有效連接是需要的并且通常取決于低噪音放大器的操作點(diǎn)。低噪音放大器的操作點(diǎn)在超低功耗dc環(huán)境下尤其具有挑戰(zhàn)性。參考圖2，從信號(hào)rf輸入的輸入節(jié)點(diǎn)觀察的輸入阻抗隨lna210中的晶體管的操作點(diǎn)變化。特別是，輸入阻抗尤其取決于晶體管電流電壓特性的拐角(或者拐點(diǎn)或者閾值)。這種輸入阻抗變化在近閾值電壓(ntv)操作規(guī)程(發(fā)生于超低功耗環(huán)境下)中尤其重要，其中，電源電壓與晶體管電流電壓特性的閾值(或者拐點(diǎn)或者拐角)相當(dāng)。此外，晶體管操作電流電壓特性的閾值不固定，而是隨著如操作頻率的這樣的因素以及其它連接組件的影響而改變。因此，考慮到由于lna210中的晶體管的操作電流電壓特性的變化而引起的輸入阻抗的變化，輸入匹配差異很大而且預(yù)期的匹配無(wú)法保持。無(wú)法保持合適的輸入匹配導(dǎo)致rf接收器的增益和頻率帶寬的性能下降。

為了處理這種匹配挑戰(zhàn)，建立了可調(diào)匹配電路。圖4示出了可調(diào)匹配電路400的實(shí)施例?？烧{(diào)匹配電路400包括了開(kāi)關(guān)電容器陣列410，連接于輸入端口430和接地之間?？烧{(diào)匹配電路400還包括連接于輸入端口430和輸出端口440之間的開(kāi)關(guān)電阻器陣列420。如圖4所示，開(kāi)關(guān)電容器陣列410和開(kāi)關(guān)電阻器陣列420被用來(lái)提供可調(diào)輸入匹配電路以滿足輸入阻抗變化。開(kāi)關(guān)電容器陣列410被設(shè)置在感應(yīng)器l1和晶體管m1和m2的柵極終端之間的分流器中，而開(kāi)關(guān)電阻器陣列420插入于晶體管m1和m2的柵極終端和漏極終端之間。開(kāi)關(guān)電容器陣列410和開(kāi)關(guān)電阻器陣列420的主要功能是操作從輸入信號(hào)rf輸入進(jìn)入的輸入節(jié)點(diǎn)中看到的輸入阻抗的虛數(shù)部分和實(shí)數(shù)部分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用這種構(gòu)架會(huì)導(dǎo)致電容和電阻的實(shí)際值，其可匹配低噪音放大器的寬范圍的輸入阻抗(在感興趣的頻率范圍的超低功耗模式操作)。此外，這種構(gòu)架還會(huì)弱化rf電路前端的諧頻、噪音以及其它的不期望信號(hào)。

圖5示出了開(kāi)關(guān)電容器陣列410的例示性實(shí)施例。開(kāi)關(guān)電容器陣列410的電路拓?fù)溆膳c一個(gè)或者多個(gè)開(kāi)關(guān)電容單元并聯(lián)的固定電容c固定組成。每個(gè)開(kāi)關(guān)電容單元包括電容cswn和由數(shù)字位值bn控制的開(kāi)關(guān)晶體管mswna。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，包括了電阻器rn和開(kāi)關(guān)晶體管mswnb，其中，開(kāi)關(guān)晶體管mswnb被數(shù)字位值bn控制。電阻器rn充當(dāng)rf扼流。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，電阻器rn具有10kω的電阻值。n可取任何正整數(shù)值，例如，1、2、…。在圖5的實(shí)施例中，n具有電阻值2。開(kāi)關(guān)電容器陣列410通過(guò)提高數(shù)字位值bn來(lái)打開(kāi)以變成高值，例如，邏輯1。隨著mswna和mswnb的數(shù)字位值bn成為高邏輯值，例如，vdd，開(kāi)關(guān)晶體管mswna和mswnb被打開(kāi)，從而連接電容器cswn至接地。同樣地，當(dāng)數(shù)字位值bn改變至低邏輯值，例如，邏輯0時(shí)，晶體管mswna和mswnb被關(guān)閉，從而斷開(kāi)電容器cswn至接地的連接。在開(kāi)關(guān)電容器陣列410具有不止一個(gè)開(kāi)關(guān)電容單元的情況下，每個(gè)開(kāi)關(guān)電容單元具有相同的拓?fù)?，但是各自的電容器cswn具有不同的電容值。此外，每個(gè)開(kāi)關(guān)電容器陣列410被數(shù)字控制字的不同數(shù)字位值bn觸發(fā)。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)各自的電容器cswn可具有由二元關(guān)系確定為基礎(chǔ)電容值的值。例如，電容器cswn可具有值，2^n-1c，其中c是基礎(chǔ)電容值。其它實(shí)施例可使用開(kāi)關(guān)電容單元的電容間的不同關(guān)系。盡管只需要一個(gè)晶體管，例如，mswna，包括與電阻器rn串聯(lián)的晶體管mswnb的實(shí)施例確保mswna的操作點(diǎn)被明確限定為不考慮晶體管中的個(gè)體差異，從而導(dǎo)致優(yōu)越的晶體管開(kāi)關(guān)性能。

圖6示出了開(kāi)關(guān)電阻器陣列420的例示性實(shí)施例。開(kāi)關(guān)電阻器陣列420的電路拓?fù)溆膳c一個(gè)或者多個(gè)開(kāi)關(guān)電阻器單元并聯(lián)的固定電阻器r固定組成。每個(gè)開(kāi)關(guān)電阻器單元包括電阻器rswp和由數(shù)字位值bp控制的開(kāi)關(guān)晶體管mswp。p可取任何正整數(shù)值，例如，1、2、…。在圖6示出的示例性實(shí)施例中，p具有電阻值3。開(kāi)關(guān)電阻器單元通過(guò)提高數(shù)字位值bp來(lái)打開(kāi)以變成高值，例如，邏輯1。隨著mswp的數(shù)字位值bp變成邏輯1，電阻器rswp變成并聯(lián)連接r固定，并且操作從圖4中rf輸入信號(hào)的輸入的節(jié)點(diǎn)看到的輸入阻抗的實(shí)數(shù)部分。同樣地，當(dāng)數(shù)字位值bp改變至低值，例如，邏輯0時(shí)，電阻器rswp從與r固定的并聯(lián)中分開(kāi)，從而使電阻器rswp與其余電路分開(kāi)，并且從而對(duì)于可調(diào)輸入匹配電阻器rswp不可用。

執(zhí)行模擬以用于開(kāi)關(guān)電容器陣列410和開(kāi)關(guān)電阻器陣列420的實(shí)施例中以確定輸入匹配能力的范圍。模擬確定了如圖4示出的在不同操作條件和操作頻率范圍內(nèi)的rf接收器前端的輸入反射系數(shù)。圖7示出了以2.5ghz為中心的不同頻率的回波損耗。使用-10db的回波損耗作為最小需求，從模擬中確定大約1ghz(2.5ghz為中心)的等效帶寬。因此，使用開(kāi)關(guān)電容器陣列和開(kāi)關(guān)電阻器陣列，輸入阻抗實(shí)現(xiàn)了在超低功耗操作下用于rf接收器前端的滿意的匹配條件，即，在電流-電壓晶體管特性的閾值(拐點(diǎn)或者拐角)附近操作晶體管。

圖4中的諸如控制器460的控制器可用于與可調(diào)匹配電路結(jié)合。在啟動(dòng)時(shí)，rf接收器前端電路的基帶信號(hào)輸出即可在基帶濾波器的輸出中測(cè)量，也可在更強(qiáng)和/或更易進(jìn)入的信號(hào)的工藝鏈下游中測(cè)量。在圖4所示的實(shí)施例中，rf傳感器450可用來(lái)進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)將與開(kāi)關(guān)電容器陣列關(guān)聯(lián)的bn和與開(kāi)關(guān)電阻器陣列關(guān)聯(lián)的bp以位值排序，在每個(gè)位值設(shè)置上測(cè)量基帶信號(hào)輸出的電平?？刂破?60可存儲(chǔ)數(shù)字位字中的所有的位值bn和bp。在實(shí)施例中，用于bn的相同位值可用于bp。在更普遍的情況中，用于bn的位值不同于用于bp的位值。通過(guò)確定在可能的位值設(shè)置范圍中的基帶信號(hào)輸出的最大電平，最佳的位字可能被確定以用于特殊的操作環(huán)境。校準(zhǔn)步驟可定期地重復(fù)以更新數(shù)字位字來(lái)響應(yīng)操作環(huán)境中的變化，例如，rf接收器前端電路的溫度的改變、rf信號(hào)條件或者任何其它可能改變r(jià)f接收器前端電路輸入阻抗的情況的改變。

總之，以上電路設(shè)計(jì)提供了靈活的方法以用于超低功耗接收器前端電路的可調(diào)匹配電路設(shè)計(jì)。在以上描述的實(shí)施例中，靈活的設(shè)計(jì)方法已被應(yīng)用至超低功耗接收器前端電路中，靈活的設(shè)計(jì)方法包括互補(bǔ)低噪音放大器(lna)以及具有25％占空比局部振蕩器信號(hào)(lo)的i/q無(wú)源下轉(zhuǎn)換混頻器。可調(diào)匹配電路設(shè)計(jì)方法使用開(kāi)關(guān)電容器陣列和開(kāi)關(guān)電阻器陣列，尤其適用于匹配在超低功耗應(yīng)用程序中的近閾值電壓(ntv)操作下運(yùn)行的有源器件?？烧{(diào)匹配電路導(dǎo)致了在有效帶寬范圍內(nèi)的有效匹配。

圖8示出了匹配rf輸入信號(hào)至在低功耗模式中操作的低噪音放大器的方法800。操作810在可調(diào)匹配電路的輸入端口接受rf輸入信號(hào)。在實(shí)施例中，可調(diào)匹配電路是圖4中所示的可調(diào)匹配電路。在操作820中，可調(diào)匹配電路通過(guò)改變開(kāi)關(guān)電容器電路的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)施例中，如通過(guò)開(kāi)關(guān)電容器電路410所示的執(zhí)行開(kāi)關(guān)電容器電路。在操作830中，可調(diào)匹配電路也可通過(guò)改變開(kāi)關(guān)電阻器電路的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)施例中，如通過(guò)開(kāi)關(guān)電阻器電路420所示的執(zhí)行開(kāi)關(guān)電阻器電路。操作840使用在超低功耗模式下操作的低噪音放大器放大rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)。

可調(diào)匹配電路設(shè)計(jì)方法的實(shí)施例適用于任何rf頻率的超低功耗操作。在實(shí)施例中，設(shè)計(jì)方法可用于2.4ghzism波段的超低功耗rf接收器前端電路。在另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)方法可用于5ghzism波段的超低功耗rf接收器前端電路。更具體地說(shuō)，公開(kāi)的電路和方法涉及超低功耗接收器前端，超低功耗接收器前端包括互補(bǔ)低噪音放大器(lna)、具有25％占空比的局部振蕩器信號(hào)的i/q無(wú)源下轉(zhuǎn)換混頻器以及可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)，可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)通過(guò)開(kāi)關(guān)電容器陣列和開(kāi)關(guān)電阻器陣列形成以用于在近閾值電壓(ntv)操作下的拐角校準(zhǔn)，導(dǎo)致了高匹配增益和帶寬改進(jìn)。這種可調(diào)匹配設(shè)計(jì)方法在晶體管(例如，mos晶體管)充當(dāng)lna中的有源器件使用時(shí)尤其有用。lna可包括cmos電路。cmos電路包括至少一個(gè)p溝道晶體管和至少一個(gè)n溝道晶體管。晶體管具有導(dǎo)致i-v操作制度中的拐角和拐點(diǎn)的指數(shù)級(jí)i-v關(guān)系。

隨著物聯(lián)網(wǎng)(iot)和可穿戴器件的使用，超低功耗rf連通已引起重視。特別是rf連通(使用諸如低功耗藍(lán)牙(ble)、無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、2.4ghzism和5ghz頻帶的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn))被廣泛采用。包括iot和可穿戴器件的應(yīng)用程序不僅要支持超低功耗設(shè)計(jì)方法，還要支持提供大容量集成和低成本的優(yōu)點(diǎn)的基于cmos半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)。

在一些實(shí)施例中，可調(diào)匹配電路被描述為包括輸入端口、輸出端口、開(kāi)關(guān)電容器電路、開(kāi)關(guān)電阻器電路以及低噪音放大器(lna)。輸入端口通過(guò)具有寄生電感的電連接接收rf輸入信號(hào)。開(kāi)關(guān)電容器電路連接至輸入端口和接地，并且開(kāi)關(guān)電容器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口。開(kāi)關(guān)電阻器電路連接至輸入端口和輸出端口，并且開(kāi)關(guān)電阻器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口。低噪音放大器連接至輸入端口和輸出端口。lna被配置為放大rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)。lna還被配置為在超低功率模式下運(yùn)行。

在其他實(shí)施例中，一種方法被描述為包括通過(guò)具有寄生電感的電連接在可調(diào)匹配電路的輸入端口處接收rf輸入信號(hào)。該方法還包括通過(guò)從第一數(shù)字控制位輸入端口接收輸入來(lái)改變開(kāi)關(guān)電容器電路狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整可調(diào)匹配電路?？烧{(diào)匹配電路連接至輸入端口和接地。該方法還包括通過(guò)從第二數(shù)字控制位輸入端口接收輸入來(lái)改變開(kāi)關(guān)電阻器電路的狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整可調(diào)匹配電路。可調(diào)匹配電路連接至輸入端口和輸出端口。該方法還包括使用連接至輸入端口和輸出端口的低噪音放大器(lna)放大rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)。在超低功率模式下使用lna。

在其他實(shí)施例中，可調(diào)匹配電路被描述為包括輸入端口、輸出端口、開(kāi)關(guān)電容器電路、開(kāi)關(guān)電阻器電路、低噪音放大器(lna)以及同相/正交下變頻器對(duì)。輸入端口通過(guò)具有寄生電感的電連接接收rf輸入信號(hào)。開(kāi)關(guān)電容器電路連接至輸入端口和接地，并且開(kāi)關(guān)電容器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口。開(kāi)關(guān)電阻器電路連接至輸入端口和輸出端口，并且開(kāi)關(guān)電阻器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口。低噪音放大器連接至輸入端口和輸出端口。lna被配置為放大rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)。lna還被配置為在超低功率模式下運(yùn)行。同相/正交下變頻器對(duì)連接至rf輸出信號(hào)并且被配置為輸出同相基帶信號(hào)和正交基帶信號(hào)。lna和同相/正交下變頻器對(duì)被配置為在超低功率模式下運(yùn)行。

應(yīng)注意，說(shuō)明書(shū)中的參考“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例性實(shí)施例”等，指的是所描述的實(shí)施例可包括特別的功能、結(jié)構(gòu)或者特性，但是不是每個(gè)實(shí)施例均需要包括特別的功能、結(jié)構(gòu)或者特性。而且，這種短語(yǔ)不一定適用于相同的實(shí)施例。此外，當(dāng)描述與實(shí)施例有關(guān)的特別的功能、結(jié)構(gòu)或者特性時(shí)，產(chǎn)生與其它實(shí)施例相關(guān)的這種功能、結(jié)構(gòu)或者特性時(shí)，不論是否明確描述，都需在一位本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種可調(diào)匹配電路，包括：輸入端口，用于通過(guò)具有寄生電感的電連接接收rf輸入信號(hào)；輸出端口；開(kāi)關(guān)電容器電路，連接至所述輸入端口和接地，所述開(kāi)關(guān)電容器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；開(kāi)關(guān)電阻器電路，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述開(kāi)關(guān)電阻器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；以及低噪音放大器(lna)，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述低噪音放大器配置為放大所述rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)，其中，所述低噪音放大器配置為在超低功耗模式下運(yùn)行。

在上述可調(diào)匹配電路中，所述低噪音放大器包括：第一晶體管，配置為連接至正dc電源，所述第一晶體管是p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)；以及第二晶體管，與所述第一晶體管串聯(lián)，所述第二晶體管是配置為連接至所述接地的n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管共享第一共同節(jié)點(diǎn)和第二共同節(jié)點(diǎn)，所述第一共同節(jié)點(diǎn)連接至所述輸入端口，以及所述第二共同節(jié)點(diǎn)連接至所述輸出端口。

在上述可調(diào)匹配電路中，所述開(kāi)關(guān)電容器電路包括：第一電容器，連接在所述輸入端口和所述接地之間；晶體管開(kāi)關(guān)，連接至所述接地，所述晶體管開(kāi)關(guān)連接至所述第一數(shù)字控制位輸入端口；以及第二電容器，連接至所述輸入端口和所述晶體管開(kāi)關(guān)。

在上述可調(diào)匹配電路中，所述開(kāi)關(guān)電容器電路還包括：第二晶體管開(kāi)關(guān)，連接至所述接地，所述第二晶體管開(kāi)關(guān)連接至所述第一數(shù)字控制位輸入端口；以及電阻器，連接至所述第二晶體管開(kāi)關(guān)、所述第一晶體管開(kāi)關(guān)和所述第二電容器。

在上述可調(diào)匹配電路中，所述開(kāi)關(guān)電阻器電路包括：第一電阻器，連接至所述輸入端口和所述輸出端口；晶體管開(kāi)關(guān)和第二電阻器的串聯(lián)組合，其中，所述串聯(lián)組合連接至所述輸入端口和所述輸出端口，以及其中，所述晶體管開(kāi)關(guān)連接至所述第二數(shù)字控制位輸入端口。

在上述可調(diào)匹配電路中，還包括：控制器，連接至rf傳感器以及連接至所述第一數(shù)字控制位輸入端口和所述第二數(shù)字控制位輸入端口，其中，所述控制器配置為確定所述rf輸出電平的功率電平，以及基于確定的所述功率電平來(lái)確定第一數(shù)字位值和第二數(shù)字位值，將所述第一數(shù)字位值和所述第二數(shù)字位值分別提供至所述第一數(shù)字控制位輸入端口和所述第二數(shù)字控制位輸入端口。

在上述可調(diào)匹配電路中，還包括：存儲(chǔ)器組件，配置為存儲(chǔ)至少一個(gè)數(shù)字控制字，所述數(shù)字控制字包括所述第一數(shù)字位值和所述第二數(shù)字位值。

在上述可調(diào)匹配電路中，所述控制器還配置為接收運(yùn)行頻率的指示，以及所述存儲(chǔ)器組件還被配置為存儲(chǔ)所述運(yùn)行頻率的所述指示。

在上述可調(diào)匹配電路中，所述低噪音放大器包括至少一個(gè)p溝道晶體管以及至少一個(gè)n溝道晶體管。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種可調(diào)匹配電路的設(shè)計(jì)方法，包括：通過(guò)具有寄生電感的電連接在可調(diào)匹配電路的輸入端口處接收rf輸入信號(hào)；通過(guò)從第一數(shù)字控制位輸入端口接收輸入來(lái)改變開(kāi)關(guān)電容器電路的狀態(tài)以調(diào)整所述可調(diào)匹配電路，所述可調(diào)匹配電路連接至所述輸入端口和接地；通過(guò)從第二數(shù)字控制位輸入端口接收輸入來(lái)改變開(kāi)關(guān)電阻器電路的狀態(tài)以調(diào)整所述可調(diào)匹配電路，所述可調(diào)匹配電路連接至所述輸入端口和輸出端口；以及通過(guò)使用連接至所述輸入端口和所述輸出端口的低噪音放大器(lna)放大所述rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)，其中，在超低功耗模式下使用所述低噪音放大器。

在上述方法中，所述低噪音放大器還包括：通過(guò)dc電源為第一晶體管和第二晶體管提供動(dòng)力，其中，所述第二晶體管與所述第一晶體管串聯(lián)，所述第二晶體管連接至所述接地，以及其中，所述第一晶體管和所述第二晶體管共享第一共同節(jié)點(diǎn)和第二共同節(jié)點(diǎn)，所述第一共同節(jié)點(diǎn)連接至所述輸入端口，以及所述第二共同節(jié)點(diǎn)連接至所述輸出端口。

在上述方法中，改變所述開(kāi)關(guān)電容器電路的所述狀態(tài)還包括：打開(kāi)響應(yīng)于從所述第一數(shù)字控制位輸入端口接收所述輸入的晶體管開(kāi)關(guān)，從而所述晶體管開(kāi)關(guān)將第二電容器連接在所述輸入端口和所述接地之間，所述第二電容器放置為與連接在所述輸入端口和所述接地之間的第一電容并聯(lián)。

在上述方法中，改變所述開(kāi)關(guān)電容器電路的所述狀態(tài)還包括：打開(kāi)響應(yīng)于從連接至所述接地的所述第一數(shù)字控制位輸入端口接收所述輸入的第二晶體管開(kāi)關(guān)，從而所述第二晶體管開(kāi)關(guān)通過(guò)電阻器將所述第二電容連接至接地。

在上述方法中，改變所述開(kāi)關(guān)電阻器電路的所述狀態(tài)還包括：打開(kāi)響應(yīng)以從所述第二數(shù)字控制位輸入端口接收所述輸入的晶體管開(kāi)關(guān)，從而所述晶體管開(kāi)關(guān)將第二電阻器與第一電阻器并聯(lián)，其中，所述第一電阻器連接至所述輸入端口和所述輸出端口。

在上述方法中，還包括：通過(guò)rf傳感器確定rf輸出電平的功率電平；基于確定的所述功率電平通過(guò)控制器確定第一數(shù)字位值和第二數(shù)字位值；以及將所述第一數(shù)字位值和所述第二數(shù)字位值分別提供至所述第一數(shù)字控制位輸入端口和所述第二數(shù)字控制位輸入端口。

在上述方法中，還包括：在存儲(chǔ)器組件中存儲(chǔ)至少一個(gè)數(shù)字控制字，所述數(shù)字控制字包括所述第一數(shù)字位值和所述第二數(shù)字位值。

在上述方法中，還包括：通過(guò)所述控制器接收運(yùn)行頻率的指示；以及在所述存儲(chǔ)器組件中存儲(chǔ)所述運(yùn)行頻率的指示。

在上述方法中，使用低噪音放大器包括使用至少一個(gè)p溝道晶體管以及至少一個(gè)n溝道晶體管。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種可調(diào)匹配rf接收電路，包括：輸入端口，用于通過(guò)具有寄生電感的電連接接收rf輸入信號(hào)；輸出端口；開(kāi)關(guān)電容器電路，連接至所述輸入端口和接地，所述開(kāi)關(guān)電容器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；開(kāi)關(guān)電阻器電路，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述開(kāi)關(guān)電阻器電路具有第一數(shù)字控制位輸入端口；低噪音放大器(lna)，連接至所述輸入端口和所述輸出端口，所述低噪音放大器配置為放大所述rf輸入信號(hào)以形成rf輸出信號(hào)；以及同相/正交下變頻器對(duì)，連接至所述rf輸出信號(hào)以及配置為輸出同相基帶信號(hào)和正交基帶信號(hào)，其中，所述低噪音放大器和所述同相/正交下變頻器對(duì)配置為在超低功耗模式下運(yùn)行。

在上述可調(diào)匹配rf接收電路中，所述超低功耗模式配置為在伏安特性中的拐點(diǎn)處運(yùn)行所述低噪音放大器中的至少一個(gè)晶體管。

上面概述了若干實(shí)施例的部件、使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改用于實(shí)現(xiàn)與在此所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢(shì)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍、并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。