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一种片上匹配自修复系统

阅读：6发布：2023-02-20

专利汇可以提供一种片上匹配自修复系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于射频模拟电路设计的片上匹配自修复系统，通过在片测量电路的特性进而优化阻抗匹配网络。该系统包括片上信号收发单元和两个片上可调匹配网络单元，片上信号收发单元包括信号发射链路单元和信号接收链路单元，片上可调匹配网络单元包括电感电容匹配网络和两个电压峰值检测单元。通过将匹配网络设置为可调，电压峰值检测单元的实时检测以及数字信号处理系统的信号分析，使匹配网络能够随着环境和工艺角等因素的改变而在一定的范围内调节，实现片上射频电路的阻抗匹配自修复。，下面是一种片上匹配自修复系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种片上匹配自修复系统，其特征在于，该系统包括片上信号收发单元和两个片上可调匹配网络单元，所述的片上信号收发单元包括片上信号发射链路单元和片上信号接收链路单元，片上信号发射链路单元的输出端连接一个片上可调匹配网络单元，片上信号接收链路单元的输入端连接另一个片上可调匹配网络单元，所述的片上可调匹配网络单元包括电感电容匹配网络和两个电压峰值检测单元，可根据数字收发机的需求设计匹配网络的可调节范围，所述的电压峰值检测单元用于检测匹配网络中的检测点电压峰值，通过比较两点的差异来决定匹配自修复方式。
2.根据权利要求1所述的片上匹配自修复系统，其特征在于，所述的片上信号发射链路单元包括集成多音信号生成的数字信号处理系统的数/模转换模块、滤波器、可变增益放大器、上变频混频器和功率放大器，其中，所述的数/模转换模块的第一个信号输入端接入数字域多音信号，该信号由数字信号处理系统产生，数/模转换模块的输出端与所述的滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与所述的可变增益放大器的输入端相连，可变增益放大器的输出端与所述的上变频混频器的第一信号输入端相连，上变频混频器的输出端与所述的功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与所述的第一片上可调匹配网络单元的输入端相连，第一片上可调匹配网络单元的输出端与外部天线相连，由外部天线向外发射信号；其中，数/模转换模块的第二个信号输入端接入DAC时钟信号，所述的DAC时钟信号由外部电路信号控制，上变频混频器的第二个信号输入端接入发射芯片的LO信号，所述的LO信号由外部电路给出。
所述的片上信号接收链路单元包括低噪声放大器、下变频混频器、可变增益放大器、滤波器和集成乘法器和FFT的模/数转换模块，其中，所述的低噪声放大器的输入端与所述的第二片上可调匹配网络单元的输出端相连，低噪声放大器的输出端与所述的下变频混频器的第一个信号输入端相连，下变频混频器的输出端与所述的可变增益放大器的输入端相连，可变增益放大器的输出端与所述的滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与所述的模/数转换模块的第一个信号输入端相连；其中，第二片上可调匹配网络单元的输入信号由外部天线接入，下变频混频器的第二个信号输入端接入接收芯片的LO信号，所述的LO信号由外部电路给出，所述的模/数转换模块的第二个信号输入端接入ADC时钟信号，所述的ADC时钟信号由外部电路信号控制。
3.根据权利要求1所述的片上匹配自修复系统，其特征在于，所述的电感电容匹配网络包括网络输入端、电感L1、L2、L3，可调电容C1、C2，网络输出端，所述的网络输入端、L1的一端、所述的第一电压峰值检测单元的输入端相连，L1的另一端、所述的第二电压峰值检测单元的输入端、L2的一端、C1的一端相连，L2的另一端、L3的一端、C2的一端相连，L3的另一端与所述的网络输出端相连，C1和C2的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的片上匹配自修复系统，其特征在于，所述的电压峰值检测单元包括网络输入端、电阻R1、R2、R3，NMOS晶体管M1、M2，电容C1、C2，恒定电流源I1和网络输出端，网络输入端与R1的一端相连，R1的另一端、C2的一端、R2的一端相连，C2的另一端、M2的栅极、C1的一端、M1的栅极相连，M2的源极、网络输出端、R3的一端相连，I1的输出端、M1的漏极相连，其中M1的漏极和栅极相连，I1的输入端、M1的源极、C1的另一端、R2的另一端、R3的另一端接地，M2的漏极接入外部直流偏置电压，网络输出端电压值为检测电压。
5.根据权利要求1所述的片上匹配自修复系统，其特征在于，所述的集成乘法器和FFT的模/数转换模块用于对接收信号进行数字域的强度和相位分析来确定所述的两个片上可调匹配网络单元的修复方式。

说明书全文

一种片上匹配自修复系统

技术领域

[0001] 本发明涉及射频模拟电路的阻抗匹配优化控制领域，具体涉及一种片上匹配自修复系统。

背景技术

[0002] 随着纳米级CMOS工艺的发展，数字电路的性能得到了极大的提升，但是对于射频、模拟电路的设计和电路可靠性提出了挑战。射频低噪声放大器和功率放大器需要一个优化的匹配阻抗，但是由于环境的变化和电路自身的工艺角，最优匹配阻抗会发生变化，固定的设计无法使电路一直工作在最佳匹配状态。

发明内容

[0003] 针对现有技术的不足，本发明提出一种片上匹配自修复系统，通过评估在片测量电路的特性进而调整优化匹配网络，能够实现片上射频电路的阻抗匹配自修复。

[0004] 本发明的目的通过如下技术方案来实现：

[0005] 一种片上匹配自修复系统，其特征在于，该系统包括片上信号收发单元和两个片上可调匹配网络单元，所述的片上信号收发单元包括片上信号发射链路单元和片上信号接收链路单元，片上信号发射链路单元的输出端连接一个片上可调匹配网络单元，片上信号接收链路单元的输入端连接另一个片上可调匹配网络单元，所述的片上可调匹配网络单元包括电感电容匹配网络和两个电压峰值检测单元，可根据数字收发机的需求设计匹配网络的可调节范围，所述的电压峰值检测单元用于检测匹配网络中的检测点电压峰值，通过比较两点的差异来决定匹配自修复方式。

[0006] 进一步地，所述的片上信号发射链路单元包括集成多音信号生成的数字信号处理系统的数/模转换模块、滤波器、可变增益放大器、上变频混频器和功率放大器，其中，所述的数/模转换模块的第一个信号输入端接入数字域多音信号，该信号由数字信号处理系统产生，数/模转换模块的输出端与所述的滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与所述的可变增益放大器的输入端相连，可变增益放大器的输出端与所述的上变频混频器的第一信号输入端相连，上变频混频器的输出端与所述的功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与所述的第一片上可调匹配网络单元的输入端相连，第一片上可调匹配网络单元的输出端与外部天线相连，由外部天线向外发射信号；其中，数/模转换模块的第二个信号输入端接入DAC时钟信号，所述的DAC时钟信号由外部电路信号控制，上变频混频器的第二个信号输入端接入发射芯片的LO信号，所述的LO信号由外部电路给出；

[0007] 所述的片上信号接收链路单元包括低噪声放大器、下变频混频器、可变增益放大器、滤波器和集成乘法器和FFT的模/数转换模块，其中，所述的低噪声放大器的输入端与所述的第二片上可调匹配网络单元的输出端相连，低噪声放大器的输出端与所述的下变频混频器的第一个信号输入端相连，下变频混频器的输出端与所述的可变增益放大器的输入端相连，可变增益放大器的输出端与所述的滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与所述的模/数转换模块的第一个信号输入端相连；其中，第二片上可调匹配网络单元的输入信号由外部天线接入，下变频混频器的第二个信号输入端接入接收芯片的LO信号，所述的LO信号由外部电路给出，所述的模/数转换模块的第二个信号输入端接入ADC时钟信号，所述的ADC时钟信号由外部电路信号控制。

[0008] 进一步地，所述的电感电容匹配网络包括网络输入端、电感L1、L2、L3，可调电容C1、C2，网络输出端，所述的网络输入端、L1的一端、所述的第一电压峰值检测单元的输入端相连，L1的另一端、所述的第二电压峰值检测单元的输入端、L2的一端、C1的一端相连，L2的另一端、L3的一端、C2的一端相连，L3的另一端与所述的网络输出端相连，C1和C2的另一端接地。

[0009] 进一步地，所述的电压峰值检测单元包括网络输入端、电阻R1、R2、R3，NMOS晶体管M1、M2，电容C1、C2，恒定电流源I1和网络输出端，网络输入端与R1的一端相连，R1的另一端、C2的一端、R2的一端相连，C2的另一端、M2的栅极、C1的一端、M1的栅极相连，M2的源极、网络输出端、R3的一端相连，I1的输出端、M1的漏极相连，其中M1的漏极和栅极相连，I1的输入端、M1的源极、C1的另一端、R2的另一端、R3的另一端接地，M2的漏极接入外部直流偏置电压，网络输出端电压值为检测电压。

[0010] 进一步地，所述的集成乘法器和FFT的模/数转换模块用于对接收信号进行数字域的强度和相位分析来确定所述的两个片上可调匹配网络单元的修复方式。

[0011] 本发明的有益效果：

[0012] 本发明的片上匹配自修复系统，能够在环境和电路自身的工艺角发生变化时，实时测试射频收发电路的噪声、增益和线性度等性能，根据测试结果调整匹配网络，进而实现片上射频电路的阻抗匹配自修复，保证电路一直工作在最佳匹配状态。附图说明

[0013] 图1是本发明的片上匹配自修复系统的结构示意图；

[0014] 图2是本发明的片上可调匹配网络单元结构示意图；

[0015] 图3是本发明的电压峰值检测单元电路示意图。

具体实施方式

[0016] 下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0017] 如图1所示，是本发明的片上匹配自修复系统的结构示意图。该片上匹配自修复系统，包括片上信号收发单元和两个片上可调匹配网络单元，片上信号收发单元包括片上信号发射链路单元和片上信号接收链路单元，片上信号发射链路单元包括集成多音信号生成的数字信号处理系统的数/模转换模块、滤波器、可变增益放大器、上变频混频器和功率放大器；片上信号接收链路单元包括低噪声放大器、下变频混频器、可变增益放大器、滤波器和集成乘法器和FFT的模/数转换模块；

[0018] 片上匹配自修复系统的结构为：数/模转换模块的a端接入数字域多音信号，该信号由数字信号处理系统产生；数/模转换模块的b端与滤波器的a端相连，滤波器的b端与可变增益放大器的a端相连，可变增益放大器的b端与上变频混频器的a端相连，上变频混频器的b端与功率放大器的a端相连，功率放大器的b端与片上可调匹配网络单元1的1端相连，片上可调匹配网络单元1的2端与外部天线T1的a端连接，由外部天线向外发射信号；其中，数/模转换模块的c端接入DAC时钟信号，DAC时钟信号由外部电路信号控制，上变频混频器的c端接入发射芯片的LO信号，LO信号由外部电路给出。

[0019] 外部天线T2接入信号，T2的a端与片上可调匹配网络单元2的1端相连，片上可调匹配网络单元2的2端与低噪声放大器的a端相连，低噪声放大器的b端与下变频混频器的a端相连，下变频混频器的b端与可变增益放大器的a端连接；可变增益放大器的b端与滤波器的a端连接，滤波器的b端与模/数转换模块的a端连接，模/数转换模块的b端得到需要分析的数字信号；其中，下变频混频器c端接入接收芯片的LO信号，LO信号由外部电路给出；模/数转换模块的c端接入ADC时钟信号，所述的ADC时钟信号由外部电路信号控制。

[0020] 片上可调匹配网络单元可根据数字收发机的需求设计匹配网络的可调节范围，所述的电压峰值检测单元用于检测匹配网络中的检测点电压峰值，通过比较两点的差异来决定匹配自修复方式。

[0021] 如图2所示，是本发明的片上可调匹配网络单元结构示意图。该结构包括：网络输入端1、电感L1、L2、L3，可调电容C1、C2，两个电压峰值检测单元和网络输出端2。网络输入端1接入输入信号，网络输入端1、L1的a端、电压峰值检测单元1的a端相连，L1的b端、L2的a端、C1的a端、电压峰值检测单元2的a端相连，L2的b端、L3的a端、C2的a端相连，L3的b端、网络输出端2相连，输出信号，C1的b端和C2的b端接地。

[0022] 如图3所示，是本发明的电压峰值检测单元的电路示意图。该结构包括：网络输入端3、电阻R1、R2、R3，NMOS晶体管M1、M2，电容C1、C2，恒定电流源I1和网络输出端4，网络输入端3、R1的a端相连，R1的b端、R2的a端、C2的a端相连，C2的b端、M2的c端、C1的a端、M1的c端相连，M2的b端、R3的a端、网络输出端4相连，I1的b端、M1的a端相连，其中M1的a端和c端相连，I1的a端、M1的b端、C1的b端、R2的b端和R3的b端接地，M2的a端接入外部直流偏置电压vdd，网络输出端4的电压值为检测电压。

[0023] 片上匹配自修复系统的工作流程为：来自数字信号处理系统的多音信号经过数/模转换模块，从数字域信号转换成模拟域信号，经过滤波器对低频信号的滤除和可变增益放大器的放大后，信号再由上变频混频器变频成射频调制信号，经过功率放大器后功率放大，最后信号被加载到天线上，信号经过空间辐射后被接收天线捕捉，接收到的微弱信号首先经过低噪声放大器的放大，再经过下变频混频器变频成低频信号，然后可变增益放大器、滤波器对信号分别进行进一步放大和高频信号滤除，最后集成了乘法器和FFT功能的模/数转换模块将模拟信号转换成数字信号，完成整个信号发射和接收过程。

[0024] 在整个工作流程中，片上可调匹配网络单元中的电压峰值检测单元实时检测两个测试点之间的电压差，当电压差与标准值相比过大或过小时，可对片上可调匹配网络单元中的可调电容进行实时调整，同时通过对信号进行FFT处理后，对接收信号进行数字域的强度和相位分析，来确定所述的片上可调匹配网络单元的修复方式，实现该片上射频电路的阻抗匹配自修复，获得在不同环境因素和不同工艺角下的最佳噪声、增益和线性度性能。

[0025] 在所述的匹配方式自修复优化的测试过程中，需要在发射链路发射信号的同时，在接收链路进行测量分析：在进行输出功率和增益测试时，可以发射单音信号增加效率；在非线性测试时，发射低频的双音信号可以同时分析所述的功率放大器的三阶和五阶交调现象，但该信号强度不能太大从而弱化了接收链路的非线性失真影响。

[0026] 本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

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