專利名稱：一種能夠改善低頻閃爍噪聲、高增益特性的方法及有源混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混頻領(lǐng)域，特別涉及一種具有低閃爍噪聲(1/f噪聲)、高增益性能的有源混頻器。
背景技術(shù)：
近年來對(duì)便攜式無線通信系統(tǒng)，例如無線局域網(wǎng)(LAN)、無線多媒體和家庭無線控制系統(tǒng)的需求顯著增長。隨著CMOS工藝特征尺寸按比例縮小和電路技術(shù)的不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了越來越多的高性能、高集成度的無線射頻芯片(RFIC)，這些芯片已被廣泛應(yīng)用。接收機(jī)架構(gòu)主要包括超外差、零中頻、低中頻三種架構(gòu)。現(xiàn)在，隨著工藝進(jìn)步以及集成度要求，最主流的接收機(jī)架構(gòu)為零中頻架構(gòu)。

圖1表示一般的零中頻接收機(jī)方框圖。零中頻接收機(jī)又稱為直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，即信號(hào)頻率直接從RF頻帶到直流DC執(zhí)行一次頻率轉(zhuǎn)換:從天線101來的信號(hào)由射頻帶通濾波器102 (BPF)濾除帶外噪聲，然后由低噪聲放大器103 (LNA)進(jìn)行放大，VC0106提供正交本地振蕩信號(hào)(LO)，放大后的射頻信號(hào)同時(shí)與一對(duì)正交LO信號(hào)經(jīng)正交混頻器104/105相混頻，混頻后的正交基帶模擬信號(hào)分別被濾波(低通濾波器107/108)、放大(基帶放大器109/110)，最后得到滿足要求的1、Q兩路正交的基帶信號(hào)。混頻器是無線收發(fā)機(jī)中的一個(gè)重要模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率搬移的功能，其性能決定著整個(gè)收發(fā)機(jī)的性能。下變頻混頻器是射頻通訊系統(tǒng)中接收機(jī)的重要組成部分，通過兩個(gè)信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐幚淼闹蓄l信號(hào)。噪聲性能是接收機(jī)最重要的一個(gè)性能，決定著其動(dòng)態(tài)范圍。特別注意的是在零中頻和低中頻接收機(jī)中，混頻器輸出的有用信號(hào)頻率較低，因此1/f噪聲對(duì)零中 頻接收機(jī)性能具有很重要的影響?；祛l器作為接收機(jī)的第二級(jí)，根據(jù)噪聲級(jí)聯(lián)公式，要實(shí)現(xiàn)低噪聲、高靈敏度接收機(jī)，特別對(duì)于零中頻接收機(jī)，混頻器必須實(shí)現(xiàn)低Ι/f噪聲性能、高增益性能。典型的CMOS工藝的傳統(tǒng)吉爾伯特型混頻器結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由射頻輸入管、開關(guān)管、負(fù)載電阻組成。輸入射頻電壓信號(hào)由跨導(dǎo)管M1、M2轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，再經(jīng)兩個(gè)開關(guān)管對(duì)(M3、M4、M5、M6)下變頻到中頻或基帶，最后由負(fù)載電阻R將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。圖3示出了吉爾伯特單平衡有源混頻器的簡化模型，由于開關(guān)管共源節(jié)點(diǎn)寄生電容Cp的存在，在混頻器工作過程中會(huì)產(chǎn)生較高的低頻閃爍噪聲輸出。開關(guān)管低頻閃爍噪聲產(chǎn)生機(jī)理有兩種:一種由于本振信號(hào)的非理想型，開關(guān)管存在同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)候，此時(shí)開關(guān)管產(chǎn)生的噪聲電流為:
權(quán)利要求
1.一種混頻器電路，其特性在于，包括: 混頻器，該混頻器包括跨導(dǎo)輸入級(jí)、電流換向開關(guān)對(duì)、輸出負(fù)載級(jí)、以及電流抽取部分； 跨導(dǎo)輸入級(jí)，用于接收RF電壓信號(hào)，將RF電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)； 電流換向開關(guān)對(duì)，由本振信號(hào)LO控制的開關(guān)對(duì)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行周期性換向，完成頻率變換功能； 輸出負(fù)載級(jí)，將相應(yīng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出IF電壓信號(hào)； 電流抽取模塊，對(duì)所述電流換向開關(guān)對(duì)的偏置DC電流進(jìn)行分流，同時(shí)利用分流出來的DC電流形成額外跨導(dǎo)對(duì)輸入RF電壓信號(hào)進(jìn)行放大。
2.如權(quán)利要求1所述的混頻器電路，其特征在于: 所述電流抽取模塊與跨導(dǎo)輸入級(jí)并聯(lián)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的混頻器電路，其特征在于: 所述電流抽取模塊僅減小電流換向開關(guān)對(duì)的DC偏置電流。
4.如權(quán)利要求1所述的混頻器電路，其特征在于: 所述電流抽取模塊與輸入RF電壓信號(hào)相連，將RF電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的混頻器電路，其特征在于: 所述電流抽取模塊產(chǎn)生的電流信號(hào)從電流換向開關(guān)共源節(jié)點(diǎn)注入，增加整體跨導(dǎo)能力。
6.一種有源混頻器電路，其特征在于，包括: 雙平衡混頻器，該雙平衡混頻器包括RF輸入跨導(dǎo)級(jí)、電流換向開關(guān)對(duì)、輸出負(fù)載級(jí)以及一個(gè)電流抽取模塊； RF輸入跨導(dǎo)級(jí)，用于將接收的RF電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)； 電流換向開關(guān)對(duì)，用于對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行周期性換向，完成頻率變換功能； 輸出負(fù)載級(jí)，將相應(yīng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出IF電壓信號(hào)； 以及電流抽取模塊，對(duì)所述電流換向開關(guān)對(duì)的偏置DC電流進(jìn)行分流，同時(shí)利用分流出來的DC電流對(duì)輸入RF電壓信號(hào)進(jìn)行放大。
7.如權(quán)利要求6所述的有源混頻器電路，其特征在于: 所述電流抽取模塊為一個(gè)MOS跨導(dǎo)全差分對(duì)； 所述PMOS跨導(dǎo)全差分對(duì)包括一個(gè)尾電流源管子(M9)，控制抽取電流大小； 所述PMOS跨導(dǎo)差分對(duì)包括一個(gè)差分跨導(dǎo)管對(duì)(M7，M8)； 所述PMOS跨導(dǎo)差分對(duì)的差分MOS管漏端與所述混頻器開關(guān)對(duì)共源節(jié)點(diǎn)相連，用于分流開關(guān)對(duì)管(M3，M4, M5, M6)的靜態(tài)偏置電流； 所述PMOS跨導(dǎo)差分對(duì)的輸入端與所述混頻器的射頻輸入信號(hào)相連，用于提供跨導(dǎo)(gmp)ο
8.如權(quán)利要求6-7任一所述的有源混頻器電路，其特征在于，所述電流抽取模塊適用于吉爾伯特有源混頻器、采用PMOS跨導(dǎo)的有源混頻器，或者，采用折疊結(jié)構(gòu)的有源混頻器；所述混頻器電路被用于直接轉(zhuǎn)換方式(零中頻)接收機(jī)、或低中頻Low-1F接收機(jī)系統(tǒng)中。
9.如權(quán)利要求6所述的有源混頻器電路，其特征在于，所述電流抽取模塊，對(duì)所述電流換向開關(guān)對(duì)的偏置DC電流進(jìn)行分流，同時(shí)利用分流出來的DC電流對(duì)輸入RF電壓信號(hào)進(jìn)行放大，產(chǎn)生的電流信號(hào) 從開關(guān)對(duì)共源節(jié)點(diǎn)輸入。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有低閃爍噪聲、高增益性能的有源混頻器，現(xiàn)有技術(shù)中描述的傳統(tǒng)吉爾伯特有源混頻器閃爍噪聲大，且存在噪聲與增益的折中問題，導(dǎo)致無法滿足現(xiàn)代接收機(jī)對(duì)高性能混頻器的要求，特別是零中頻和低中頻接收機(jī)，針對(duì)此缺陷，本發(fā)明主要是通過減小流過傳統(tǒng)Gilbert有源混頻器開關(guān)管的DC電流來降低混頻器閃爍噪聲，同時(shí)利用該電流產(chǎn)生輸入跨導(dǎo)，消除了傳統(tǒng)有源混頻器性能優(yōu)化中存在的閃爍噪聲與增益矛盾問題，實(shí)現(xiàn)了一種高性能有源混頻器低閃爍噪聲、高增益。
文檔編號(hào)H03D7/14GK103187928SQ201110452139
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者蔡新午, 張立國, 趙騫, 潘文杰, 周建波 申請(qǐng)人:國民技術(shù)股份有限公司