一种混频器优先的双模可重构射频接收前端、接收系统及工作方法

本发明射频集成电路和低功耗无线接收，尤其涉及一种混频器优先的双模可重构射频接收前端、包含该前端的接收系统及其工作方法。

背景技术：

1、物联网传感节点、可穿戴设备和分布式无线终端通常由容量受限的电池供电。由于通信到达时刻难以预测，若主射频接收机持续开启以监听信道，会产生较大的空闲侦听功耗。

2、唤醒接收机（wake-up receiver，wurx）可在主接收机休眠时持续或周期性监听低速唤醒信号，并在检测到有效唤醒序列后启动主接收机。为兼顾灵敏度与功耗，已有唤醒接收机采用包络检波、自混频、低中频或不确定中频等结构；主数据接收机则通常需要较好的线性度、噪声性能和正交解调能力。

3、由于数据接收与唤醒监听对线性度、带宽、噪声和功耗的要求不同，常见实现分别配置主接收路径和唤醒接收路径。另有方案使两者共享天线接口、匹配网络或部分混频器，但混频后的模拟处理链仍可能分别设置，造成芯片面积、偏置电路、负载网络和接口数量增加。

4、混频器优先接收架构将无源混频器直接或经简化匹配网络连接射频输入，并利用混频器后的低输入阻抗跨阻电路实现频率变换、阻抗匹配和基带滤波。该架构适合在低功耗下获得较高线性度，但现有混频器优先数据接收机中的 i/q 跨阻后级通常用于线性处理；现有唤醒接收机中的整流或包络检波后级通常作为独立电路设置。如何在不复制混频后模拟核心的情况下，使同一电路分别满足线性正交数据接收和非线性唤醒检波，仍有改进空间。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种混频器优先的双模可重构射频接收前端，使共同射频输入和至少部分混频后模拟核心在数据接收模式与唤醒接收模式之间复用，并通过协调切换本振来源、信号支路、偏置状态和整流负载，使该共享核心在一种模式下进行线性差分跨阻转换、在另一种模式下参与非线性有源整流或包络检波。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种双模可重构射频接收前端，包括共同射频输入、第一和第二无源混频支路、本振选择电路、第一和第二混频后处理电路以及模式控制电路。第一混频后处理电路包括共享跨阻核心和可选择接入的有源整流支路。

3、在第一工作模式下，模式控制电路选择包括多相信号的第一本振组驱动第一和第二无源混频支路，第一混频后处理电路中的共享跨阻核心与第二混频后处理电路分别对两路混频后信号进行线性跨阻转换，有源整流支路被隔离，从而形成正交数据接收路径。

4、在第二工作模式下，模式控制电路选择包括差分信号的第二本振组驱动第一无源混频支路，关闭第二无源混频支路或第二混频后处理电路，并改变共享跨阻核心的偏置状态、等效器件尺寸和负载状态中的至少一项，同时接入有源整流支路，以形成非线性有源整流通路，从射频输入信号中恢复包络或基带唤醒信号。

5、优选地，第一本振组为外部本振经缓冲和分频产生的四相本振信号，第二本振组为片上振荡器产生的差分本振信号。所称“外部”是指相对于所述射频前端核心的外部，可以位于同一芯片的其他模块，也可以由片外信号源提供。

6、优选地，共享跨阻核心包括共栅或低输入阻抗差分电流输入级、电流镜级、折叠式自偏置负载和 rc 低通网络；有源整流支路包括由共享跨阻核心的差分输出驱动的整流晶体管、可控偏置晶体管、负载电容和可调负载电阻。

7、优选地，模式控制电路还调节输入级、电流镜、偏置管、整流晶体管和负载电阻中的至少一项。可调器件可由二进制加权或温度计码控制的并联单元组成，以在两种模式下分别优化线性度、噪声、功耗、输入匹配、增益和整流效率，并补偿工艺、电源电压和温度变化。

8、本发明还提供一种双模可重构射频接收前端的工作方法：响应于第一模式指令，选择多相本振、启用两条无源混频支路、将两路跨阻电路设为线性状态并隔离整流支路；响应于第二模式指令，选择差分本振、关闭第二支路、将共享跨阻核心设为低功耗或高非线性状态并接入整流支路。

9、本发明还提供一种双模射频接收系统。该系统在唤醒监听状态下使共享跨阻核心与有源整流支路工作，根据整流输出进行唤醒判决；检测到有效唤醒信号后，切换到两路正交线性数据接收状态。

10、与仅共享天线或匹配网络而分别设置两套混频后模拟链的方案相比，本发明复用第一无源混频支路及其后的共享跨阻核心，并以有源整流支路作为可选择接入的增量电路，可减少重复的跨阻输入级、偏置和负载单元。

11、由于本振来源、q 路使能、共享核心偏置和整流负载由模式控制电路协同切换，第一模式可保持正交线性接收，第二模式可减少不参与唤醒检测的支路活动，并使低中频信号在共享核心增益后驱动整流器，从而在低输入信号条件下提高可检测输出幅度。

12、通过可调器件阵列和可调 rc 负载，本发明还可针对两种模式分别校准输入阻抗、跨阻增益、噪声和整流输出时间常数，降低 pvt 变化对双模工作的影响。

13、下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

1.一种混频器优先的双模可重构射频接收前端，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双模可重构射频接收前端，其特征在于，所述共同射频输入通过匹配网络与天线端连接，所述匹配网络包括片外电感、可调电容网络或其组合，所述第一无源混频支路和所述第二无源混频支路复用所述匹配网络；所述第一本振组包括相位依次相差90°的四相本振信号，并由外部本振信号经缓冲器和分频器产生，所述第二本振组由片上振荡器产生；所述本振选择电路包括传输门或mos开关，用于将所述四相本振信号或所述差分本振信号选择性地耦合至相应无源混频支路的开关管控制端；所述第一无源混频支路和所述第二无源混频支路分别包括第一对混频开关管和第二对混频开关管，每一所述混频开关管的控制端均通过交流耦合电容接收本振信号，并通过偏置电阻接收直流偏置电压，以调节混频开关管的导通电阻和所述共同射频输入的等效输入阻抗。

3.根据权利要求1所述的双模可重构射频接收前端，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的双模可重构射频接收前端，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的双模可重构射频接收前端，其特征在于，所述共享跨阻核心的输入晶体管、电流镜晶体管、偏置晶体管、所述有源整流支路的整流晶体管和所述可调负载电阻中的至少一者由多个可选择并联的单元构成，所述多个可选择并联的单元构成二进制加权阵列、温度计码阵列或二者的组合，以在数字校准字控制下调整等效器件尺寸、偏置电流、跨阻增益、整流效率、噪声系数或输入阻抗；所述数字校准字根据工艺角、电源电压、温度、输入匹配、输出幅度或误码检测结果产生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的双模可重构射频接收前端，其特征在于，所述第一工作模式为数据接收模式，所述第二工作模式为唤醒接收模式；所述数据接收模式用于接收频移键控、相移键控或正交幅度调制信号，所述唤醒接收模式用于接收开关键控、幅移键控或具有可检测包络的唤醒信号。

7.一种双模可重构射频接收前端的工作方法，其特征在于，所述射频接收前端包括共同射频输入、第一和第二无源混频支路、与所述第一无源混频支路连接的共享跨阻核心、可选择地与所述共享跨阻核心耦合的有源整流支路以及与所述第二无源混频支路连接的线性跨阻电路，所述工作方法包括：

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，响应于所述第一模式指令时，先隔离所述有源整流支路并关断其偏置，再使能所述多相本振和两路线性跨阻偏置；响应于所述第二模式指令时，先禁止所述第二无源混频支路的本振并关闭相应线性跨阻偏置，再使能所述差分本振、所述共享跨阻核心的低功耗偏置和所述有源整流支路；当所述包络信号或基带唤醒信号满足预设唤醒条件时，产生唤醒请求并由所述第二模式切换至所述第一模式；当数据接收完成或达到预设超时时间时，由所述第一模式切换回所述第二模式，两次切换均设置本振非重叠时段和信号路径非重叠时段。

9.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，在所述第二模式中，根据整流输出幅度、输入匹配检测值、误码检测值或预存校准参数，调节所述共享跨阻核心的等效器件尺寸、所述有源整流支路的整流晶体管尺寸和可调负载电阻中的至少一项，以补偿工艺、电源电压和温度变化。

10.一种双模射频接收系统，其特征在于，包括主接收控制器、唤醒判决电路以及混频器优先射频接收前端；