SoC Technical Journal
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WCDMA/GSM CMOS 双模接收机
在转导级(trans-conductor)电路中同时使用了 NMOS 以及 PMOS 两种电晶体 以改善混波器的 , 增益及杂讯特性,且在负载设计上,於双端输出 之间多并联一电阻 RL2,如此可将输出电压准位 以及混波器的增益之间的关连性切断,以增加电 路设计上的自由度.由於降频混波器所看到的负 载阻抗较小,只有 386-!,为了节省晶片面积, 我们并没有将基频滤波器的第一个极点(pole) 放在这里,而是放在其后的增益放大器中. GSM 操作模式之下的射频前端电路基本上 与 WCDMA 模式之下的电路是相似的,唯一不 同在於低杂讯放大器采用单级架构之设计,并且 移除了在 LNA 负载上的并联电阻,以提高 GSM 模式之下的 LNA 增益.降频混波器的负载部份, 则是采用双模共用的设计,两种操作模式接收的 讯 号 经过 个 别的 低杂 讯 放大 器及 混 波器 降 频 后,会汇集在共享的混波器负载输出 (见图一) , 并传送给后级的类比基频电路做讯号处理. 降 频 混 波 器 所 需 的 本 地 振 荡 信 号 ( local oscillator, LO),是由一宽频 3.6 ~ 4.4-GHz 的压
控振荡器(voltage controlled oscillator, VCO), 经 由 除二 电 路或 除四 电 路而 产生 , 再提 供 给 WCDMA 或是 GSM 电路.
2.2 基频增益电路
WCDMA/GSM 双模接收机的基频滤波器/ 放大器电路则如图二所示.基频电路之电压增益 的可变范围为–19 ~ + 53-dB,增益解析度为 3-dB. 图二中第一级增益放大器 PGA1 的详细电路 如图三所示.该放大电路使用 transconductor-R 电路架构,此架构具有高输入阻抗的特性,因而 不会影响到降频混波器的负载阻抗.当操作在高 增益模式(gain=H)时,转导级 M1 和 M2 所产 生的信号电流会相加而流到输出电阻,产生输出 电压信号;反之,在低增益模式(gain=L)时, 只有 M2 所产生的信号电流可以流到输出电阻, 因此达到切换增益的功能.PGA2 和 PGA3 则是 采用 Opamp-R 的电路架构,并利用切换电阻的
图二
WCDMA/GSM 可变架构双模接收机—基频滤波/增益电路
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系统晶片 003期
A CMOS Dual-mode Zero-IF/Low-IF Receiver IC for WCDMA/GSM Application
R1
R2 gain vtb vt
in From CMF B
M1
M2
inb
To CMF B
outb
out
图三
可变增益放大器 PGA1
方式来达到切换增益的功能. 至於直流偏移的问题,则是将 servo loop 安 插在 PGA2 以及 PGA3 来解决.此 Servo loop 包 含 有 转 导 电 路 ( transconductor ) 以 及 外 接 电容.servo loop 的输出信号由 PGA2 (off-chip) 的输入端点加回,如此可以降低转导电路所需的 转导值(gm)以及外接电容的容值.经由设计之 后的模拟结果显示,servo loop 所形成的具高通 滤波特性之-3-dB 频率低於 10-kHz,使得 PGA1 输入端可以忍受约 15-mV 的直流电压偏移.
在 WCDMA 操作模式下,图二中连接 I 通道 及 Q 通道的开关是断开的 ,使得滤波器的组态为 一个频宽 2-MHz 的低通滤波器.在 GSM 的操作 模式之下,图二中连接 I 通道及 Q 通道的开关则 是短路的,使得滤波器的组态变成一个适用於低 , 中频接收机的多相位滤波器 (ploy-phase filter) 此多相位滤波器的中频设计在-100-kHz,滤波器 如此便可以滤除位於±400-kHz 频宽为 220-kHz, 的干扰讯号. 滤波器频宽的变化,主要是利用切换图二 Filter1 及 Filter2 中的电阻值来达成,Flter1 及
2.3 基频滤波电路
基频滤波器所使用的滤波器架构是五阶的柴 比雪夫滤波器(5th-order Chebyshev)架构.第一 个低通极点设计在 PGA1 之中,其余两组极点对 (pole pair)则是分别设计於 Filter1 与 Filter2 两 个 Opamp-RC 滤波器之中.

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