專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)源混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及射頻集成電路設(shè)計(jì)中混頻器領(lǐng)域，特別是涉及一種提高開(kāi)關(guān)對(duì)管線(xiàn)性度的無(wú)源混頻器。
背景技術(shù)：
混頻器是射頻接收機(jī)系統(tǒng)中非常重要的模塊，它連接著射頻前端、模擬基帶和本振信號(hào)，起到將射頻頻帶信號(hào)搬移到低頻模擬基帶信號(hào)的作用。近幾年來(lái)，無(wú)源混頻器因其較高的線(xiàn)性度、較好的噪聲性能和較小的直流失調(diào)電壓而被廣泛采用。

圖1是一般無(wú)源混頻器的基本架構(gòu)，主要包括三個(gè)部分:跨導(dǎo)級(jí)電路、開(kāi)關(guān)級(jí)電路和負(fù)載級(jí)電路。其中，跨導(dǎo)級(jí)電路是將接收到的射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)；開(kāi)關(guān)級(jí)電路中兩對(duì)開(kāi)關(guān)對(duì)管(NM0S晶體管Ml和M2，NMOS晶體管M3和M4)在占空比為50%的本振方波信號(hào)的作用下快速切換電流，實(shí)現(xiàn)頻率搬移；負(fù)載級(jí)電路通過(guò)一個(gè)跨阻放大器TIA將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，并且實(shí)現(xiàn)初步的一階濾波作用。所述跨導(dǎo)級(jí)電路、開(kāi)關(guān)級(jí)電路和負(fù)載級(jí)電路各自線(xiàn)性度的惡化都會(huì)影響混頻其的線(xiàn)性度，而提高跨導(dǎo)級(jí)電路和負(fù)載級(jí)電路的線(xiàn)性度一般的解決方法都會(huì)增大功耗。開(kāi)關(guān)級(jí)電路相當(dāng)于一個(gè)具有導(dǎo)通電阻的開(kāi)關(guān)，導(dǎo)通電阻的大小會(huì)隨著源端和漏端交流信號(hào)的變化而變化，提高這個(gè)導(dǎo)通電阻的線(xiàn)性度則可在不增加功耗的前提下提高整體電路的線(xiàn)性度。在很多射頻接收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)混頻器的線(xiàn)性度指標(biāo)要求很高，在不增加現(xiàn)有功耗的前提下，可以從開(kāi)關(guān)級(jí)電路的開(kāi)關(guān)對(duì)管入手進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)源混頻器，在不增加現(xiàn)有功耗的前提下，可以有效提高無(wú)源混頻器的線(xiàn)性度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的無(wú)源混頻器，包括:跨導(dǎo)級(jí)電路，與該跨導(dǎo)級(jí)電路的輸出端相連接的開(kāi)關(guān)級(jí)電路，與該開(kāi)關(guān)級(jí)電路的輸出端相連接的負(fù)載級(jí)電路；其中:所述開(kāi)關(guān)級(jí)電路，由第一 NMOS晶體管 第四NMOS晶體管，第三偏置電阻 第十偏置電阻組成；第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管的源極與所述跨導(dǎo)級(jí)電路的一輸出端相連接，第三NMOS晶體管和第四NMOS晶體管的源極與所述跨導(dǎo)級(jí)電路的另一輸出端相連接；第一 NMOS晶體管的柵極與第七偏置電阻的一端相連接，第四NMOS晶體管的柵極與第十偏置電阻的一端相連接，第七偏置電阻的另一端與第十偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入柵極的直流偏置電壓及本振信號(hào)；第二 NMOS晶體管的柵極與第八偏置電阻的一端相連接，第三NMOS晶體管的柵極與第九偏置電阻的一端相連接，第八偏置電阻的另一端與第九偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入柵極的直流偏置電壓及本振信號(hào)；第一 NMOS晶體管的襯底與第三偏置電阻的一端相連接，第二 NMOS晶體管的襯底與第四偏置電阻的一端相連接，第三偏置電阻的另一端與第四偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入襯底電壓；第三NMOS晶體管的襯底與第五偏置電阻的一端相連接，第四NMOS晶體管的襯底與第六偏置電阻的一端相連接，第五偏置電阻的另一端與第六偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入襯底電壓；第一 NMOS晶體管的漏極與第三NMOS晶體管的漏極和所述負(fù)載級(jí)電路的正輸入端相連接；第二 NMOS管的漏極與第四NMOS晶體管的漏極和所述負(fù)載級(jí)電路的負(fù)輸入端相連接。本實(shí)用新型在0.18ym CMOS工藝下，在開(kāi)關(guān)級(jí)電路的開(kāi)關(guān)對(duì)管的柵端和襯底分別串聯(lián)一個(gè)偏置電阻，抑制導(dǎo)通電阻的變化；這樣在不損害其它性能指標(biāo)和不增加整體功耗的iu提下，能有效提聞混頻器的線(xiàn)性度。本實(shí)用新型可以應(yīng)用于對(duì)混頻器有較高線(xiàn)性度要求的射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中。
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:圖1是現(xiàn)有的無(wú)源混頻器原理圖；圖2是改進(jìn)的開(kāi)關(guān)管電路原理不意圖；圖3是本實(shí)用新型的無(wú)源混頻器一實(shí)施例原理圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖3所示，在下面的實(shí)施例中，本實(shí)用新型所述的無(wú)源混頻器為下變頻混頻器，包括:一跨導(dǎo)級(jí)電路，一開(kāi)關(guān)級(jí)電路，一負(fù)載級(jí)電路。所述跨導(dǎo)級(jí)電路Gm由一個(gè)跨導(dǎo)放大器和一個(gè)共模負(fù)反饋電路組成。共模負(fù)反饋電路通過(guò)電阻檢測(cè)跨導(dǎo)放大器的輸出端的共模電壓，將這個(gè)共模電壓和一個(gè)參考電壓通過(guò)比較器進(jìn)行比較后放大輸出，輸出電壓反饋到跨導(dǎo)放大器的尾電流管的柵極，從而使得跨導(dǎo)放大器輸出端的共模電壓等于參考電壓值，達(dá)到穩(wěn)定跨導(dǎo)級(jí)電路共模電壓的目的。這個(gè)共模電壓也是整體混頻器的共模電壓?？鐚?dǎo)級(jí)電路Gm輸入差分的射頻電壓信號(hào)VKFin，輸出差分的電流信號(hào)?？鐚?dǎo)放大器可以是共源放大器，也可以是PMOS和NMOS電流復(fù)用推挽輸出結(jié)構(gòu)的放大器。所述開(kāi)關(guān)級(jí)電路，由第一 NMOS晶體管Ml、第二 NMOS晶體管M2、第三NMOS晶體管M3和第四NMOS晶體管M4，偏置電阻R3 RlO組成。第一 NMOS晶體管Ml和第二 NMOS晶體管M2的源極與所述跨導(dǎo)級(jí)電路Gm的一輸出端相連接，第三NMOS晶體管M3和第四NMOS晶體管M4的源極與所述跨導(dǎo)級(jí)電路Gm的另一輸出端相連接。第一 NMOS晶體管Ml的柵極與偏置電阻R7的一端相連接，第四NMOS晶體管M4的柵極與偏置電阻RlO的一端相連接，偏置電阻R7的另一端與偏置電阻RlO的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入柵極的偏置電壓\及本振信號(hào)νω。第二 NMOS晶體管M2的柵極與偏置電阻R8的一端相連接，第三NMOS晶體管M3的柵極與偏置電阻R9的一端相連接，偏置電阻R8的另一端與偏置電阻R9的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入柵極的偏置電壓\及本振信號(hào)本振信號(hào)Vw為占空比50%的全擺幅的差分方波信號(hào)，連同直流偏置電壓Ve加到開(kāi)關(guān)管(NM0S晶體管Ml Μ4)的柵極。第一 NMOS晶體管Ml的襯底與偏置電阻R3的一端相連接，第二 NMOS晶體管M2的襯底與偏置電阻R4的一端相連接，偏置電阻R3的另一端與偏置電阻R4的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入襯底電壓VB。第三NMOS晶體管M3襯底與偏置電阻R5的一端相連接，第四NMOS晶體管M4的襯底與偏置電阻R6的一端相連接，偏置電阻R5的另一端與偏置電阻R6的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入襯底電壓VB。第一 NMOS晶體管Ml的漏極與第三NMOS管M3的漏極相連接；第二 NMOS管M2的漏極與第四NMOS管M4的漏極相連接。所述負(fù)載級(jí)電路，采用一階RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，由一個(gè)帶有無(wú)源反饋網(wǎng)絡(luò)的全差分的跨阻放大器TIA構(gòu)成?？缱璺糯笃鱐IA的正輸入端與所述開(kāi)關(guān)級(jí)電路中第一 NMOS晶體管Ml的漏極和第三NMOS管M3的漏極相連接；負(fù)輸入端與所述開(kāi)關(guān)級(jí)電路中第二 NMOS管M2的漏極和第四NMOS管M4的漏極相連接。第一電阻Rl和第一電容Cl的一端與跨阻放大器TIA的正輸入端相連接,另一端與跨阻放大器TIA的負(fù)輸出端Vout-相連接。第二電阻R2和第二電容C2的一端與跨阻放大器TIA的負(fù)輸入端相連接，另一端與跨阻放大器TIA的正輸出端Vout+相連接?？鐚?dǎo)級(jí)電路將接收到的差分的射頻電壓信號(hào)￥_轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，開(kāi)關(guān)級(jí)電路通過(guò)快速切換電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)頻率搬移，負(fù)載級(jí)電路將頻率變換后的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶電壓信號(hào)后輸出，并進(jìn)行了初步的濾波。跨導(dǎo)級(jí)電路的非線(xiàn)性主要來(lái)源于跨導(dǎo)的非線(xiàn)性。經(jīng)驗(yàn)表明，適當(dāng)提高每個(gè)跨導(dǎo)管的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓可以?xún)?yōu)化跨導(dǎo)的線(xiàn)性度，但是在一定的增益要求下，會(huì)引起功耗的增加。負(fù)載級(jí)電路采用一個(gè)帶有無(wú)源反饋器件的跨阻放大器，其線(xiàn)性度一般可以達(dá)到應(yīng)用要求。開(kāi)關(guān)級(jí)電路中開(kāi)關(guān)管在在交流信號(hào)的作用下，其導(dǎo)通電阻會(huì)有所變化，從而引起一定的線(xiàn)性失真。本實(shí)用新型針對(duì)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行了線(xiàn)性度的優(yōu)化。在四個(gè)開(kāi)關(guān)管的柵極和襯底分別串聯(lián)一個(gè)電阻(Re和Rb，參見(jiàn)圖2)，同寄生電容Ces和CSB(結(jié)合圖2所示)分別形成交流信號(hào)高通路徑，抑制柵源電壓Ves和源襯電壓Vsb的相對(duì)變化，從而抑制導(dǎo)通電阻的變化，從而提高了開(kāi)關(guān)管的線(xiàn)性度。無(wú)源混頻器在信號(hào)通路上無(wú) 直流增益，開(kāi)關(guān)管工作在深線(xiàn)性區(qū)，相當(dāng)于一個(gè)具有很小的導(dǎo)通電阻的開(kāi)關(guān)，其柵極的直流偏置電壓設(shè)置為使得開(kāi)關(guān)管處于開(kāi)啟臨界狀態(tài)的電壓值，開(kāi)關(guān)管在完全導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)的電阻值為:
I尺。n = ~~7777Τ7Τ7Γ} Π-^
^nC0JWi L\Vgs -Vjh)其中，Un是電子遷移率，Cm是單位面積柵氧電容大小，(W/L)是MOS管的寬長(zhǎng)比，Vgs-Vth是過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間，柵極電壓不變，然而源端電壓在交流信號(hào)的作用下會(huì)有一定的波動(dòng)，使得Ves也有一定程度的波動(dòng)，從而影響導(dǎo)通電阻的線(xiàn)性度。如圖2所示，為了使得這兩個(gè)電壓維持相對(duì)穩(wěn)定，則在柵極加上一個(gè)電阻Re，它和寄生電容Ces形成一個(gè)高通路徑，使得柵極電壓隨著源極電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，從而使得Ves的電壓值相對(duì)不變。同樣道理，閾值電壓的大小和襯底電壓引起的襯偏效應(yīng)有關(guān):
權(quán)利要求1.一種無(wú)源混頻器，包括:跨導(dǎo)級(jí)電路，與該跨導(dǎo)級(jí)電路的輸出端相連接的開(kāi)關(guān)級(jí)電路，與該開(kāi)關(guān)級(jí)電路的輸出端相連接的負(fù)載級(jí)電路；其特征在于: 所述開(kāi)關(guān)級(jí)電路，由第一 NMOS晶體管 第四NMOS晶體管,第三偏置電阻 第十偏置電阻組成； 第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管的源極與所述跨導(dǎo)級(jí)電路的一輸出端相連接，第三NMOS晶體管和第四NMOS晶體管的源極與所述跨導(dǎo)級(jí)電路的另一輸出端相連接； 第一 NMOS晶體管的柵極與第七偏置電阻的一端相連接，第四NMOS晶體管的柵極與第十偏置電阻的一端相連接，第七偏置電阻的另一端與第十偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入柵極的直流偏置電壓及本振信號(hào)； 第二 NMOS晶體管的柵極與第八偏置電阻的一端相連接，第三NMOS晶體管的柵極與第九偏置電阻的一端相連接，第八偏置電阻的另一端與第九偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入柵極的直流偏置電壓及本振信號(hào)； 第一 NMOS晶體管的襯底與第三偏置電阻的一端相連接，第二 NMOS晶體管的襯底與第四偏置電阻的一端相連接，第三偏置電阻的另一端與第四偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入襯底電壓； 第三NMOS晶體管的襯底與第五偏置電阻的一端相連接，第四NMOS晶體管的襯底與第六偏置電阻的一端相連接，第五偏置電阻的另一端與第六偏置電阻的另一端相連接，其連接的節(jié)點(diǎn)輸入襯底電壓； 第一 NMOS晶體管的漏極與第三NMOS晶體管的漏極和所述負(fù)載級(jí)電路的正輸入端相連接；第二 NMOS管的漏極與第四NMOS晶體管的漏極和所述負(fù)載級(jí)電路的負(fù)輸入端相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)源混頻器，其特征在于:所述跨導(dǎo)級(jí)電路由一個(gè)跨導(dǎo)放大器和一個(gè)共模負(fù)反饋電路組成； 共模負(fù)反饋電路通過(guò)電阻檢測(cè)跨導(dǎo)放大器輸出端的共模電壓，將該共模電壓和一個(gè)參考電壓通過(guò)一個(gè)比較器比較后放大輸出，并反饋到跨導(dǎo)放大器的尾電流管的柵極； 跨導(dǎo)級(jí)電路輸入差分的射頻電壓信號(hào)，輸出差分的電流信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)源混頻器，其特征在于:所述跨導(dǎo)放大器可以是共源放大器，也可以是PMOS晶體管和NMOS晶體管電流復(fù)用推挽輸出結(jié)構(gòu)的放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)源混頻器，其特征在于:所述負(fù)載級(jí)電路由一個(gè)帶有無(wú)源反饋網(wǎng)絡(luò)的全差分的跨阻放大器構(gòu)成； 跨阻放大器的正輸入端與所述開(kāi)關(guān)級(jí)電路中第一 NMOS晶體管的漏極和第三NMOS晶體管的漏極相連接；負(fù)輸入端與所述開(kāi)關(guān)級(jí)電路中第二 NMOS晶體管的漏極和第四NMOS晶體管的漏極相連接；第一電阻和第一電容的一端與跨阻放大器的正輸入端相連接，另一端與跨阻放大器的負(fù)輸出端相連接；第二電阻和第二電容的一端與跨阻放大器的負(fù)輸入端相連接，另一端與跨阻放大器的正輸出端相連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)源混頻器，包括跨導(dǎo)級(jí)電路，與該跨導(dǎo)級(jí)電路的輸出端相連接的開(kāi)關(guān)級(jí)電路，與該開(kāi)關(guān)級(jí)電路的輸出端相連接的負(fù)載級(jí)電路；其中；在開(kāi)關(guān)級(jí)電路的四個(gè)NMOS晶體管的柵極和襯底分別串聯(lián)一電阻。本實(shí)用新型在不增加現(xiàn)有功耗的前提下，可以有效提高無(wú)源混頻器的線(xiàn)性度。
文檔編號(hào)H03D7/16GK203027200SQ201220620659
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者孫玉香 申請(qǐng)人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司