改進的無線電接收器的制造方法
【專利說明】改進的無線電接收器
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2014年5月16日在美國專利商標局提交的美國臨時專利申請?zhí)枮?61/994,671的申請的優(yōu)先權，上述申請公開的全部內容通過引用合并于此。
【背景技術】
[0003] 在特征尺寸為65納米（nm)或者更小的集成電路制造技術中使用傳統(tǒng)體系結構設 計無線電接收器面臨重大挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括由低電源電壓引起的有限的動態(tài)范圍、來自 晶體管的低固有電壓增益、高閃爍噪聲拐點（corner)、由凈空（headroom)問題引起的級聯 晶體管中的難點以及場效應晶體管（FETs)在這些過程中的普遍的怪異行為。
[0004] 因此，存在對改進的無線電接收器體系結構的需求，該改進的無線電接收器體系 結構即使在小特征尺寸的制造技術中，也可提供高性能。

【發(fā)明內容】

[0005] 本教導用建立的無線電接收器緩解（alleviate)以上提到問題中的一個或多個 問題。
[0006] 根據一個示例性實施例，無線電接收器包括：配置為接收信號的天線、第一混頻 器、緩沖器、第一電荷栗。第一混頻器耦合至所述天線，且配置為基于所述天線接收的信號， 輸出第一混頻器輸出信號。所述緩沖器具有耦合至所述第一混頻器輸出端的緩沖器輸入 端，且配置為基于所述第一混頻器輸出信號，在緩沖器輸出端輸出緩沖器信號。第一電荷栗 耦合至所述緩沖器輸出端，且配置為基于所述緩沖器信號產生第一電荷栗輸出信號。
[0007] 所述無線電接收器還可包括第二電荷栗，所述第二電荷栗耦合至所述第一混頻器 的輸出端，且配置為基于所述第一混頻器輸出信號，產生第二電荷栗輸出信號。所述緩沖器 輸入端可耦合至所述第二電荷栗的輸出端，且所述緩沖器可配置為基于所述第二電荷栗輸 出信號，在所述緩沖器輸出端輸出所述緩沖器信號，所述第二電荷栗輸出信號本身是基于 所述第一混頻器輸出信號。
[0008] 所述第一和第二電荷栗可為開關電容電荷栗，每個所述開關電容電荷栗具有多個 采樣電容器。
[0009] 所述第二電荷栗可配置為，在采樣時間間隔內，在所述第二電荷栗的多個采樣電 容器中的每個上定期采樣第一混頻器輸出信號，且在輸出時間間隔內，在所述第二電荷栗 的輸出端定期重新串聯配置所述多個采樣電容器。
[0010] 所述第一混頻器、所述第一電荷栗和所述第二電荷栗均可在它們的輸入端接收差 分信號，并在它們的輸出端輸出差分信號。
[0011] 所述無線電接收器還可包括斬波器穩(wěn)定電路，所述斬波器穩(wěn)定電路耦合在所述第 二電荷栗的輸出端和所述第一電荷栗的輸入端之間，且所述斬波器穩(wěn)定電路包括所述緩沖 器。
[0012] 所述第一電荷栗還可包括電容電路，所述電容電路具有可調電容，所述可調電容 耦合在所述第一電荷栗的多個采樣電容器和所述第一電荷栗的輸出端之間。所述可調電容 可配置為被調節(jié)以調節(jié)所述第一電荷栗的帶寬。
[0013] 所述無線電接收器還可包括第三電荷栗，所述第三電荷栗耦合至所述第一電荷栗 的輸出端，且配置為基于所述第一電荷栗輸出信號，產生第三電荷栗輸出信號。所述第一電 荷栗、所述第二電荷栗和所述第三電荷栗中的至少一個可具有可調增益。
[0014] 所述第三電荷栗可具有所述可調增益，所述第三電荷栗可具有多個采樣電容器， 且所述第三電荷栗可配置為，在根據所述可調增益的值選擇的所述多個采樣電容器的可選 子集（subset)上采樣所述第一電荷栗輸出信號，且在輸出時間間隔內在所述第三電荷栗 的輸出端串聯連接所有所述多個采樣電容器。
[0015] 無線電接收器還可包括第二混頻器，所述第二混頻器耦合至所述天線，且配置為 基于所述天線接收的信號，輸出第二混頻器輸出信號。所述第一混頻器輸出信號可為所述 天線接收的信號的同相分量，所述第二混頻器輸出信號可為所述天線接收的信號的正交相 位分量。所述無線電接收器還可包括第四電荷栗，所述第四電荷栗耦合至所述第二混頻器 的輸出端，且配置為基于所述第二混頻器輸出信號，產生第四電荷栗輸出信號。
[0016] 根據公開內容的另一方面，提供了一種方法，在該方法中，在天線中接收無線信 號。混頻所述天線接收的信號，以在耦合至所述天線的第一混頻器中產生第一混頻器輸出 信號?；谒龅谝换祛l器輸出信號的信號在耦合至所述第一混頻器的輸出端的緩沖器中 被緩沖。上述緩沖后的信號在耦合至所述緩沖器的輸出端的第一電荷栗中被處理，以基于 所述緩沖后的信號產生第一電荷栗輸出信號。
[0017] 所述方法還可包括在耦合至所述第一混頻器的輸出端的第二電荷栗中處理所述 第一混頻器輸出信號，以基于所述第一混頻器輸出信號產生第二電荷栗輸出信號。緩沖基 于所述第一混頻器輸出信號的信號可包括：緩沖所述第二電荷栗輸出信號，所述第二電荷 栗輸出信號本身是基于所述第一混頻器輸出信號。
[0018] 處理所述第一混頻器輸出信號可包括，在具有多個采樣電容器的第二開關電容電 荷栗中處理所述第一混頻器輸出信號，以及處理緩沖后的信號可包括，在具有多個采樣電 容器的第一開關電容電荷栗中處理緩沖后的第二電荷栗輸出信號。
[0019] 在所述第二開關電容電荷栗中處理所述第一混頻器輸出信號可包括，在采樣時間 間隔內，在所述第二電荷栗的多個采樣電容器中的每個上定期采樣所述第一混頻器輸出信 號，以及在輸出時間間隔內，在所述第二電荷栗的輸出端定期重新串聯配置所述多個采樣 電容器。
[0020] 混頻所述天線接收的信號可包括由所述天線接收的信號產生第一混頻器輸出信 號，所述第一混頻器輸出信號為差分信號，所述天線接收的信號為單端信號。
[0021] 在所述緩沖器中緩沖所述第二電荷栗輸出信號還可包括，使用斬波器穩(wěn)定電路處 理所述第二電荷栗輸出信號，所述斬波器穩(wěn)定電路包括所述緩沖器。
[0022] 在所述第二電荷栗中處理所述混頻器輸出信號還可包括，通過調節(jié)所述第二電荷 栗的電容電路的電容，調節(jié)所述第二電荷栗的帶寬，所述電容電路具有可調電容，且所述可 調電容耦合在所述第二電荷栗的多個采樣電容器和所述第二電荷栗的輸出端之間。
[0023] 所述方法還可包括，在耦合至所述第一電荷栗的輸出端的第三電荷栗中處理所述 第一電荷栗輸出信號，以基于所述第一電荷栗輸出信號產生第三電荷栗輸出信號。在所述 第三電荷栗中處理所述第一電荷栗輸出信號可包括，調節(jié)所述第三電荷栗的可調增益。
[0024] 所述第三電荷栗可具有多個采樣電容器。在所述第三電荷栗中處理所述第一電荷 栗輸出信號可包括：在根據所述可調增益的值選擇的所述多個采樣電容器的可選子集上采 樣所述第一電荷栗輸出信號，且在輸出時間間隔內，在所述第三電荷栗的輸出端串聯連接 所有所述多個采樣電容器。
[0025] 所述方法還可包括混頻所述天線接收的信號，以在耦合至所述天線的第二混頻器 中產生第二混頻器輸出信號。所述第一混頻器輸出信號可為所述天線接收的信號的同相分 量，所述第二混頻器輸出信號可為所述天線接收的信號的正交相位分量。所述方法還可包 括在耦合至所述第二混頻器的輸出端的第四電荷栗中處理第二混頻器輸出信號，以產生第 四電荷栗輸出信號。
[0026] 在隨后的說明書部分中將闡述額外的優(yōu)勢和新穎的特征，在隨后的實施例和附圖 的基礎上，上述部分中的這些額外的優(yōu)勢和新穎的特征對于本領域技術人員將會變得明 顯，或者可通過示例的產生或操作而被獲得。本教導的優(yōu)勢可通過以下討論的詳細示例中 闡述的方法、手段和其結合的各方面的實踐或使用得以實現或獲得。
【附圖說明】
[0027] 僅通過示例的方式，而不是以限制性的方式，附圖描述了符合本教導的一個或多 個實施例。在圖中，相同的標號指代相同或相似的元件。
[0028] 圖IA為無線電接收器體系結構的示例的高水平（high-level)的電路圖。
[0029] 圖IB為示例性混頻器體系結構的詳細電路圖，該混頻器體系結構可用于如圖IA 所示的無線電接收器中。
[0030] 圖2為示例性緩沖器的詳細電路圖，該緩沖器可用于如圖IA所示的無線電接收器 中。
[0031] 圖3A-3C為改進的無線電接收器體系結構的高水平電路圖。
[0032] 圖4A-4E為示例性電荷栗的詳細電路圖，該電荷栗可用于如圖3A-3C所示的無線 電接收器中。
[0033] 圖5A-5C為另一個示例性電荷栗的詳細電路圖，該電荷栗可用于如圖3A-3C所示 的無線電接收器中。
[0034] 圖6和圖8A-8H為示出從如圖3A-3C所示的無線電接收器獲得的實驗測量繪圖 (plot) 〇
[0035] 圖7A-7C為用于如圖3A-3C、4A-4E和5A-5C所示的電荷栗中的電容電路的詳細電 路圖。
【具體實施方式】
[0036] 在下面的詳細描述中，許多具體細節(jié)通過示例的方式被闡述，以提供相關教導的 透徹理解。然而，應當清楚的是對于本領域技術人員，本教導可在沒有這些細節(jié)的情況下被 實施。在其他實施例中，在相對的高水平下，已描述眾所周知的方法、步驟、組件和/或電 路，而沒有描述細節(jié)，以避免不必要地模糊本教導的各方面。
[0037] 本文所公開的無線電接收器使用非常規(guī)的體系結構，以在小特征尺寸（例如65nm 或更?。┑募呻娐分圃旒夹g中提供高性能。具體地，晶體管在65nm或更小的制造技術中 都是微小的和高導電的。良好的導電性和低柵電容的結合，使無線電頻率（RF)信號的信號 處理的新方法成為可能。作為示例，被驅動以作為具有1. 2伏（V)柵源電壓（Vtis)的開關的 100微米（um) /0· 055微米的N溝道場效應晶體管（FET) (NFET)，呈現出約5歐姆（Ohms)的 漏極-源極導通電阻RDS-〇n，且總柵電容只有75飛法（fF)。無線電接收器的噪聲系數（NF) 的降級（degradation)由來自前端的耗能元件（例如電阻器）的過量熱噪聲引起。在這種 無線電體系結構中，極窄的FET的極低導通電阻降低了 NF。其結果是，開關可被移動得更靠 近如端，從而提尚接收器性能。
[0038] 在圖IA所示的一個示例體系結構中，無線電接收器100具有信號通路，該信號通 路從直接連接到天線102的無源匹配網絡101開始。在該圖中示例性示出電感器（L)-匹 配，但是可使用任何其他合適的匹配網絡101。無源匹配網絡101提供電壓增益，從而提高 了低噪聲緩沖器（LNB) 103的輸入端的所需電壓。低噪聲緩沖器103通常具有1的電壓增 益，且提供阻抗緩沖。其結果是，與傳統(tǒng)無線電接收器電路相比，LNB103輸出端的阻抗大幅 下降，在傳統(tǒng)無線電接收器電路中，LNB103由低噪聲放大器（LNA)替代，該低噪聲放大器從 輸入端提供電壓增益。在LNB的輸入端，輸入端口噪聲（RMS)已通過諧振回路的電壓增益 被升高（忽略來自匹配電感器L的噪聲）。因而LNB輸入端的等效噪聲電阻增加電壓增益 的平方。因此，通過無源匹配增加所需信號的電壓降低（relax) 了對隨后的LNB103中的等 效噪聲電阻和相關功率的要求。
[0039] 再次參見圖1A，LNB103具有輸出端，該輸出端經由電容器CclH電容性耦合至兩 個單平衡無源混頻器11〇、112?；祛l器110、112由各自的本機振蕩器信號LO 1和LOq正交驅 動。無源混頻器110、112的差分輸出端經由電容器Cmix耦合接地