CMOS射頻接收機系統與電路
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關(guān)于接收機的動(dòng)態(tài)范圍，有兩種動(dòng)態(tài)范圍的定義：無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍（Spurious-free Dynamic Range，SFDR）和模塊化動(dòng)態(tài)范圍（Blocking Dynamic Range，BDR），如圖6所示。SFDR是從噪聲基數到產(chǎn)生互調積等于噪聲功率的輸入功率的一段輸入信號范圍，而B(niǎo)DR是從噪聲基數到1dB壓縮點(diǎn)p-1dB的一段輸入功率范圍?；フ{積是由接收機組件的非線(xiàn)性引起的不需要的諧波，如低噪聲放大器和混頻器的非線(xiàn)性引起的諧波失真。在大多數射頻接收機中，三階交調點(diǎn)（IP3）是基本頻率組件增益曲線(xiàn)與三階諧波增益曲線(xiàn)的交點(diǎn)。在零拍系統中，偶數階失真是非常嚴重的FE1，二階交調點(diǎn)（IP2）也被詳細說(shuō)明。1dB增益壓縮點(diǎn)對應于線(xiàn)性增益壓縮到1dB時(shí)的輸入功率。上面的參數之間的相互聯(lián)系可以由下面方程給出：
因此，整個(gè)接收機的動(dòng)態(tài)范圍由每一個(gè)單個(gè)的組件的噪聲系數和互調交點(diǎn)確定。例如，一個(gè)有三Cascade級的系統的Cascade噪聲系數和交點(diǎn)可以由下面兩個(gè)方程計算得到：
式中Avi代表第i級的增益，NFi表示第i級的噪聲系數，IIP3i代表第i級的三階交調點(diǎn)。
射頻接收機集成電路
如前所述，過(guò)去大部分蜂窩式無(wú)線(xiàn)電話(huà)采用超外差式結構。然而，盡管零拍式接收機的結構簡(jiǎn)單，但是因為其直流偏移量的問(wèn)題很少被采用。由于一些新出現的應用要求，特性和功能與過(guò)去的要求不同，零拍式結構和一些其它的結構正在變得更加利于實(shí)際的制作。在這部分，主要討論最近發(fā)表的三種不同的射頻接收機集成電路的例子。
第一個(gè)例子是一個(gè)2GHz寬帶WCDMA接收機。它是直接變頻接收機，結構框圖如圖8所示。
與調制方案（如二進(jìn)制頻移鍵控）不同，直流切口（DC notch）不能應用于WCDMA便攜式系統中。然而，由于采用偽隨機的順序進(jìn)行擴頻操作，一個(gè)信息位的損失在一個(gè)周期上僅為一個(gè)平均數，所以這樣一個(gè)寬帶擴展頻譜系統對直流組件的取消并不敏感。正如圖8中所示整個(gè)基帶電路帶有伺服系統反饋環(huán)，因此直流偏置并沒(méi)有被取消。雙邊帶噪聲系數為5.1dB，IIP3和IIP2分別為-9.5dB和B=+38dB。整個(gè)接收機的工作電壓是2.7V，工作電流是128mA。
第二個(gè)例子是一個(gè)雙頻帶CMOS接收機。它采用了Weaver象頻干擾抑制結構，工作在900MHz和1.8GHz頻帶。圖9顯示了該接收機的結構框圖。從圖9中我們可以看到，它利用象頻干擾抑制接收機輸出信號的相加和相減來(lái)選擇信號頻帶高于中頻還是低于本地振蕩器的頻率。采用雙工機的兩個(gè)分立的設置、LNA 和第一級中頻混頻器來(lái)獲得兩個(gè)不同的信號工作頻帶。頻帶選擇控制有效的降低了功耗。第一級中頻混頻器的輸出經(jīng)過(guò)兩個(gè)帶通濾波器濾除不需要的信號，第二個(gè)混頻器產(chǎn)生I和Q基帶輸出。帶選擇控制通過(guò)相加或相減，選擇所希望得到的信號。由于第一級的中頻在900MHz和1.8GHz之間，在映像和有用信號之間的900MHz的帶寬允許對映像進(jìn)行實(shí)質(zhì)的抑制。該接收機的性能參數：在900MHz時(shí)，噪聲系數4.7dB，IIP3為8dB；在1.8GHz時(shí)， 噪聲系數4.9dB，IIP3為6dBm。工作電壓3V時(shí)， 整個(gè)接收機的功耗是75mW。
第三個(gè)例子是一個(gè)采用最小平均平方（LMS）校準技術(shù)的象頻干擾抑制結構接收機，該接收機采用Weaver結構，工作在2GHz頻帶。接收機的組成框圖如圖10所示。
該種類(lèi)型接收機采用了增益和相位校準電路，如圖10所示。結構中的LMS適應電路可以調整第二級變頻的增益和相位，而不影響射頻混頻器或第一級的本地振蕩器。進(jìn)行校準時(shí)，在射頻輸入端口加一個(gè)鏡象信號，調整系數W1、W2直到y（t）等于零。該接收機的性能參數：在2GHz時(shí)，噪聲系數5.2dB，IIP3為-17dB。工作電壓2.5V時(shí)，整個(gè)接收機的功耗是55mV。
圖10 采用最小平均平方校準技術(shù)的象頻干擾抑制接收機的簡(jiǎn)單框圖
未來(lái)的射頻接收機
隨著(zhù)新的無(wú)線(xiàn)標準的引進(jìn)，如藍牙標準和3G標準，未來(lái)的射頻接收機不僅需要處理聲音信號，而且需要以較高的比特率來(lái)處理大量的數據信號。為了滿(mǎn)足這些新應用的要求，要求接收機具有高性能和更高的精確度，這樣給射頻接收機的設計帶來(lái)許多挑戰。人們希望在同一芯片上具有集成多種標準的功能，這就要求來(lái)用具有成本效益，同時(shí)具有更高的集成度的方式采設計多標準、多頻帶接收機。正如前面的討論和射頻接收機集成電路的例子看到的一樣，減小片外組件的數量和芯片的面積需要做很多工作，并且正在努力對接收機的結構和電路拓撲結構進(jìn)行新的創(chuàng )新來(lái)達到上面的目標。
與當前高頻領(lǐng)域中的III-V族、SiGe電路相比，CMOS充分利用Si技術(shù)的成熟、低成本特性，具有成本低、集成度高、技術(shù)成熟等特點(diǎn)。CMOS技術(shù)在保持系統性能不變的同時(shí)，降低高頻系統的設計制作成本，因此正在得到廣泛研究和應用。
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