一款亚GHz宽带CMOS接收机前端，具有49 dB的增益范围，并且在增益降低过程中OIP3值保持恒定

《IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs》：A Sub-GHz Wideband CMOS Receiver Front-End with 49 dB Gain Range and Constant OIP3 Across Gain Reduction

提出一种基于130nm CMOS工艺的物联网宽频带接收前端，实现49dB增益范围和恒定OIP3，采用双S2D增益路径和D2S缓冲器优化阻抗匹配，结合反馈电阻和π型衰减器控制信号强度，电流模混频器和TIA降低失真，实测转换增益50.5dB，噪声3.3dB，OIP3+24.3dBm。

　　

摘要：

本文介绍了一种工作在亚GHz频段（400 MHz至950 MHz）的宽带CMOS接收前端电路，该电路具有49 dB的增益范围以及在增益降低过程中保持恒定的输出参考三阶截断点（OIP3）。该电路采用130纳米CMOS工艺制造，适用于物联网（IoT）应用。为了提高环路增益并改善噪声系数（NF），同时实现宽带输入阻抗匹配，单端到差分（S2D）转换器的差分输出通过基于电压减法的差分到单端（D2S）缓冲器转换为单端信号，然后通过反馈电阻将该单端信号反馈至S2D转换器的输入端。此外，通过使用两个优化设计的S2D转换器（一个针对低噪声性能，另一个针对高线性性能）来实现双路增益控制，从而在保持几乎恒定的输出1 dB压缩点（OP1dB）和OIP3的同时实现增益调节。当接收到非常强的信号时，会禁用反馈路径，并在针对高线性性能优化的S2D转换器前接入一个π衰减器，以在保持恒定输入阻抗的同时衰减信号强度。该电路采用电流模式无源混频器与跨阻放大器（TIA）的组合，以维持低阻抗并减少混频器输出端的电压摆幅，从而提升线性度。测试结果显示，在工作频段内，所提出的接收前端电路的平均转换增益为50.5 dB，噪声系数为3.3 dB，高增益模式下的OIP3为+24.3 dBm，并且增益范围达到49 dB的同时OIP3基本保持恒定。该电路在1.2 V电源电压下的功耗为12.4 mA。