一種低功耗高增益寬帶混頻器的制造方法
【專利摘要】一種低功耗高增益寬帶混頻器，含吉爾伯特混頻器的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)有射頻巴倫、本振巴倫、跨導(dǎo)單元、開關(guān)單元和含有差分電感與負(fù)載端寄生電容并聯(lián)的負(fù)載單元，射頻巴倫將輸入的射頻單端信號轉(zhuǎn)換成差分信號后輸出至跨導(dǎo)單元，跨導(dǎo)單元將射頻電壓信號轉(zhuǎn)換成射頻電流并輸入至開關(guān)單元；本振巴倫將輸入的本振單端信號轉(zhuǎn)換成差分信號后亦輸出至開關(guān)單元，開關(guān)單元將輸入的射頻差分信號與輸入的本振差分信號相乘后輸出中頻差分信號并通過含有差分電感與負(fù)載端寄生電容并聯(lián)的負(fù)載單元輸出，其特征在于：在開關(guān)單元之后增設(shè)正反饋單元、LCR諧振單元和緩沖單元，與含有差分電感及并聯(lián)寄生電容的負(fù)載單元共同構(gòu)成新的負(fù)載單元，由緩沖單元輸出最終的中頻差分信號。
【專利說明】一種低功耗高增益寬帶混頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及毫米波電路中的混頻器，尤其是一種低功耗高增益寬帶混頻器，采用MOS工藝，在毫米波電路中具有較大優(yōu)勢，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，可使混頻器同時獲得高增益及寬帶特性，在具有與傳統(tǒng)混頻器相同的增益與帶寬性能時，能極大地降低混頻器的功耗。
【背景技術(shù)】
[0002]1968年BarrieGilbert首次提出吉爾伯特雙平衡乘法器結(jié)構(gòu)，并廣泛地應(yīng)用于混頻器中(以下稱“吉爾伯特混頻器”)，其電路方框圖及電路原理分別如圖1、圖2所示，射頻信號RF通過巴倫將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號RF+和RF-，分別連接跨導(dǎo)單元共源結(jié)構(gòu)MOS管Ml和M2的柵極，MOS管Ml、M2將輸入射頻電壓信號轉(zhuǎn)換為射頻電流信號。本振信號LO通過巴倫將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號LO+與L0-，分別連接開關(guān)單元MOS管的柵極。開關(guān)單元由MOS管M3、M4、M5、M6組成，開關(guān)單元MOS管的漏極輸出中頻差分信號，其中MOS管M3、M5的漏極輸出正相中頻信號IF+，M0S管M4、M6的漏極輸出反相中頻信號IF-。由于自身結(jié)構(gòu)的原因，吉爾伯特混頻器存在以下缺點(diǎn):
[0003]一方面是增益低，負(fù)載上的電壓由中頻輸出電流與負(fù)載電阻的乘積決定，在中頻電流不變的情況下，要提高負(fù)載電壓必須提高負(fù)載電阻。如果使用阻性負(fù)載，則大電阻的使用必然消耗過多的電壓，使得電路的電壓余度減小，而且由于寄生電容的影響阻性負(fù)載很難在較高的中頻頻率上得到高增益。如果使用調(diào)諧負(fù)載，負(fù)載電阻取決于電感的品質(zhì)因數(shù)Q，而一般片上電感的Q很低，使得混頻器的增益很低。
[0004]另一方面是帶寬窄，如果使用阻性負(fù)載，受寄生電容影響增益成低通特性，對較高的中頻頻率增益極低，因此必須使用調(diào)諧負(fù)載，而典型LC諧振網(wǎng)絡(luò)的3dB調(diào)諧帶寬與諧振頻率之比為10%?15%，也就是說混頻器的中頻帶寬與中頻頻率之比一般為10%?15%，這對于信道帶寬相對中頻頻率較大的應(yīng)用顯然是不夠的，比如在一個60GHz毫米波系統(tǒng)中，中頻頻率為12GHz，要支持2.5GHz的中頻帶寬，帶寬與載頻之比達(dá)到20.8%。
[0005]值得指出的是，有時可以用增益換取帶寬，比如有意地用一個電阻與電感串聯(lián)，可以降低電感的Q從而帶寬變大，同時增益變??；有時也可以用帶寬換取增益，比如使用正反饋單元，通過在負(fù)載上引入并聯(lián)的負(fù)阻使總的電阻變大，這樣增益變高同時帶寬變窄。但是這些方法都是以犧牲增益和帶寬中的某一個為代價來換取另一個的提升，無法同時優(yōu)化這兩個指標(biāo)。
[0006]經(jīng)過對上述傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器分析，可以得出以下結(jié)論:①傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器增益較低的一個原因是中頻電流由開關(guān)單元流出后看到的負(fù)載電導(dǎo)成分較大，從而產(chǎn)生的中頻電壓較小導(dǎo)致。當(dāng)使用調(diào)諧負(fù)載時，電感單元有限的Q值和開關(guān)級有限的輸出電阻都制約著負(fù)載電導(dǎo)的減小，這是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法提高增益的重要原因；②傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器帶寬較窄的主要原因是調(diào)諧負(fù)載在偏離諧振點(diǎn)的頻率上，電納成分增長過快，從而電流在負(fù)載上產(chǎn)生的電壓隨頻率偏離諧振點(diǎn)快速下降導(dǎo)致；③通過提高負(fù)載電感Q值的方法，混頻器的增益與帶寬不能同時得到改善，增益與帶寬往往互相矛盾，需要折衷考慮。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種低功耗高增益寬帶混頻器，采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種低功耗高增益寬帶混頻器，含吉爾伯特混頻器的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)有巴倫單元、跨導(dǎo)單元、開關(guān)單元和含有差分電感與負(fù)載端寄生電容并聯(lián)的負(fù)載單元，其中，巴倫單元包括射頻巴倫和本振巴倫，射頻巴倫將輸入的射頻單端信號轉(zhuǎn)換成差分電壓信號Vkf+和Vkf-后輸出至跨導(dǎo)單元，跨導(dǎo)單元將射頻電壓信號轉(zhuǎn)換成射頻電流信號RF+和RF-并輸入至開關(guān)單元；本振巴倫將輸入的本振單端信號轉(zhuǎn)換成差分電壓信號VM+與Vur后亦輸出至開關(guān)單兀，開關(guān)單兀將輸入的射頻差分電流信號RF+和RF-與輸入的本振差分電壓信號Vio+與Vur相乘后輸出中頻差分電流信號IF+和IF-并通過含有差分電感與負(fù)載端寄生電容并聯(lián)的負(fù)載單元輸出中頻差分電壓信號VIF+和VIF_，差分電感的中心抽頭連接電源Vdd，差分電感的兩端分別連接開關(guān)單元輸出的中頻差分電流信號IF+和IF-，其特征在于:在開關(guān)單元之后增設(shè)正反饋單元、LCR諧振單元和緩沖單元，與含有差分電感及并聯(lián)寄生電容的負(fù)載單元共同構(gòu)成新的負(fù)載單元，由緩沖單元輸出最終的中頻差分電壓信號Vif+和VIF_ ；
[0009]所說正反饋單元用于降低新負(fù)載單元的電導(dǎo)成分，以提高混頻器的增益，包括NMOS管M7、M8及電容C3、C4, NMOS管M7與NMOS管M8的源極互連并接地，NMOS管M7及NMOS管M8的柵極分別連接偏置電壓Vbiasl, NMOS管M7的漏極連接電容C4的一端和開關(guān)單元的差分信號輸出正向端IF+，電容C4的另一端連接NMOS管M8的柵極，NMOS管M8的漏極連接電容C3的一端和開關(guān)單元的差分信號輸出反向端IF-，電容C3的另一端連接NMOS管M7的柵極；
[0010]所說LCR諧振單元用于將LCR諧振單元的電納成分與新負(fù)載單元本身的電納成份等值反號，抵消新負(fù)載單元的電納成分，以擴(kuò)展混頻器的帶寬，包括電感L1、L2，電阻Rl、R2和電容C1、C2，電阻Rl的一端連接正反饋單元中NMOS管M7的漏極與電容C4的連接端，電阻Rl的另一端串聯(lián)電容Cl、電感LI后連接電感L2的一端，電感L2的另一端串聯(lián)電容C2、R2后連接正反饋單元中NMOS管M8的漏極與電容C3的連接端；
[0011]所說緩沖單元包括匪03管119、]\110、]\111、]\112，匪03管機(jī)1、]\112的漏極互連并連接電源Vdd，NMOS管Mll的柵極連接LCR諧振單元中電阻R2與正反饋單元中NMOS管M8的漏極與電容C3的連接端，NMOS管M12的柵極連接LCR諧振單元中電阻Rl與正反饋單元中NMOS管M7的漏極與電容C4的連接端，NMOS管M9、M10的源極互連并接地，NMOS管M9、M10的柵極分別連接偏置電壓Vbias2，NMOS管M9的漏極與Mll的源極互連并作為最終的中頻差分信號輸出端VIF+，NMOS管MlO的漏極與M12的源極互連并作為最終的中頻差分信號輸出端 VIF-。
[0012]所說開關(guān)單元中可以增設(shè)兩個PMOS管M13和M14，PM0S管M13和M14的源極連接Vdd7PMOS管M13和M14的漏極和柵極分別與跨導(dǎo)單元中兩個MOS管的漏極和柵極連接，構(gòu)成電流注入結(jié)構(gòu)，以降低流過開關(guān)單元的電流。
[0013]所說巴倫單元包括片上或片外巴倫，巴倫的類型包括集總元件巴倫、變壓器巴倫、傳輸線巴倫；
[0014]所說緩沖單元只要具有容性電抗輸入成分和低阻輸出即可，例如可采用漏極接調(diào)諧電感的共源級結(jié)構(gòu)；
[0015]所說電路中的MOS管可替換為雙極晶體管或MOS管與雙極晶體管混合使用；
[0016]所說負(fù)載單元中與差分電感并聯(lián)的負(fù)載端寄生電容可采用外接電容。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果:
[0018](I)在毫米波混頻器設(shè)計(jì)中，如何在低功耗下提高增益與帶寬一直是設(shè)計(jì)難題。在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中增益與帶寬的提高主要是通過功耗來換取，并且增益與帶寬的改善往往相矛盾，需要折衷考慮。本發(fā)明采用正反饋單元降低負(fù)載電導(dǎo)，同時使用附加的串聯(lián)諧振電路與負(fù)載單元并聯(lián)，抵消掉電納部分隨頻率的變化，這樣可同時提高增益并擴(kuò)展了帶寬。相比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增益與帶寬都得到了大幅度提高，見圖5。
[0019](2)使用本發(fā)明混頻器，可以在獲得與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)脑鲆婧蛶捫阅軙r，極大降低混頻器的功耗。比如功耗相同時，此結(jié)構(gòu)混頻器的增益是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的四倍，帶寬是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩倍，則當(dāng)增益與帶寬都與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)時，功耗可降至傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的八分之一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器的電路方框圖；
[0021]圖2是傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器的電路原理圖；
[0022]圖3是本發(fā)明混頻器的電路方框圖；
[0023]圖4是本發(fā)明混頻器的電路原理圖；
[0024]圖5是傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器、負(fù)載加入正反饋單元和負(fù)載同時加入正反饋單元和LCR諧振單元的變頻增益曲線比較；
[0025]圖6是圖4中開關(guān)單元部分的另一種實(shí)施電路。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參看圖3，射頻信號通過射頻巴倫單元I轉(zhuǎn)換為差分電壓信號Vkf+和Vkf-送入跨導(dǎo)單元2，跨導(dǎo)單元2把輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號并送入開關(guān)單元3，同時本振信號通過巴倫單元4轉(zhuǎn)換成差分電壓信號Vm+與Vur后也加在開關(guān)單元3上，使其以本振頻率切換射頻電流。開關(guān)單元3輸出中頻差分電流信號IF+和IF-連接負(fù)載單元5。以上部分與傳統(tǒng)吉爾伯特結(jié)構(gòu)混頻器的電路方框圖1完全相同。本發(fā)明在開關(guān)單元3之后增加了正反饋單元6、LCR諧振單元7和緩沖單元8，他們與負(fù)載單元5共同構(gòu)成新的負(fù)載單元作為開關(guān)單元3的中頻輸出負(fù)載，緩沖器8前的中頻差分信號線上并聯(lián)了正反饋單元6和LCR諧振單元7，由緩沖單元8輸出最終的中頻差分電壓信號Vif+和VIF_。
[0027]參看圖4，單端輸入射頻信號Vkf連接射頻巴倫I的單端端口，射頻巴倫I的差分輸出分別連接Ml和M2的柵極(Ml和M2構(gòu)成跨導(dǎo)單元2)，Ml和M2的源極接地，Ml和M2的漏極分別與M3、M4以及M5、M6的源極相連(M3、M4、M5、M6構(gòu)成開關(guān)單元)；單端輸入本振信號Vm連接本振巴倫2的單端端口，本振巴倫2的差分輸出分別連接M3、M6以及M4、M5的柵極，M3與M5的漏極連接并輸出正向端口中頻差分信號，M4與M6的漏極連接并輸出反向端口中頻差分信號。中頻差分信號從開關(guān)單元3輸出后，與負(fù)載單元中的差分電感Ldiff連接，差分電感Ldiff的中心抽頭接電源VDD，與差分電感Ldiff并聯(lián)，用虛線連接的電容代表負(fù)載端的寄生電容或有意加入的電容總和。以上部分電路與傳統(tǒng)吉爾伯特結(jié)構(gòu)混頻器并無差異。本發(fā)明在上述開關(guān)單元3的中頻輸出負(fù)載上增加了正反饋單元6、LCR諧振單元7和緩沖單元8，差分電感Ldiff與組成負(fù)載的總電容(包括開關(guān)管漏極的寄生電容、正反饋單元引入的電容以及緩沖單元的輸入電容等)諧振在中頻頻率上。
[0028]正反饋單元6用于降低新負(fù)載單元的電導(dǎo)成分，以提高混頻器的增益，包括NMOS管M7、M8及電容C3、C4，NM0S管M7與NMOS管M8的源極互連并接地，NMOS管M7及NMOS管M8的柵極分別連接偏置電壓Vbiasl, NMOS管M7的漏極連接電容C4的一端和開關(guān)單元的差分信號輸出正向端IF+，電容C4的另一端連接NMOS管M8的柵極，NMOS管M8的漏極連接電容C3的一端和開關(guān)單元的差分信號輸出反向端IF-，電容C3的另一端連接匪OS管M7的柵極；
[0029]LCR諧振單元7用于將LCR諧振單元的電納成分與新負(fù)載單元本身的電納成份等值反號，抵消新負(fù)載單元的電納成分，以擴(kuò)展混頻器的帶寬，包括電感L1、L2，電阻R1、R2和電容Cl、C2,電阻Rl的一端連接正反饋單元中NMOS管M7的漏極與電容C4的連接端(即IF+端)，電阻Rl的另一端串聯(lián)電容Cl、電感LI后連接電感L2的一端，電感L2的另一端串聯(lián)電容C2、R2后連接正反饋單元中NMOS管M8的漏極與電容C3的連接端(即IF-端)。其中，L1、Cl與Rl組成串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，L2、C2與R2組成串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振頻率均為中頻頻率。
[0030]緩沖單元8包括匪05管119、]\110、]\111、]\112，匪05管機(jī)1、]\112的漏極互連并連接電源Vdd，NM0S管Mll的柵極連接LCR諧振單元中電阻R2與正反饋單元中NMOS管M8的漏極與電容C3的連接端，NMOS管M12的柵極連接LCR諧振單元中電阻Rl與正反饋單元中NMOS管M7的漏極與電容C4的連接端，NMOS管M9、M10的源極互連并接地，NMOS管M9、M10的柵極分別連接偏置電壓Vbias2，NMOS管M9的漏極與Mll的源極互連并作為最終的中頻差分信號輸出端VIF+，NMOS管MlO的漏極與M12的源極互連并作為最終的中頻差分信號輸出端VIF_。
[0031]本發(fā)明上述電路構(gòu)成的低功耗高增益寬帶混頻器相比傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器，由于增加了:①正反饋單元:采用交叉耦合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)的電導(dǎo)，與開關(guān)單元本身負(fù)載的正電導(dǎo)并聯(lián)，從而降低了負(fù)載電導(dǎo)，提高了中頻電流在負(fù)載上產(chǎn)生的電壓，從而提高了增益。但也應(yīng)看到，當(dāng)只加入正反饋單元時，降低了負(fù)載電導(dǎo)分量，負(fù)載電納分量則沒有變化，因此當(dāng)頻率偏移諧振頻率時電納成分會分走更多的電流，使混頻器的帶寬進(jìn)一步降低，因此正反饋只能提高增益，而不能改善增益與帶寬的整體性能，增益與帶寬之間仍存在折衷。②LCR諧振單元:通過在中頻負(fù)載上并聯(lián)一個LCR網(wǎng)絡(luò)，其諧振頻率與中頻調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)相同，并且此網(wǎng)絡(luò)在偏離諧振頻率的頻點(diǎn)上產(chǎn)生一個電納分量，這個電納分量的符號與中頻諧振負(fù)載本身產(chǎn)生的電納相反，抵消了電納隨頻率偏移的變化，使得負(fù)載在一個很寬的頻帶上都表現(xiàn)為一個純電導(dǎo)，極大地?cái)U(kuò)展了混頻器的帶寬。其中電阻、電感、電容的值要選擇合適，電阻的選取要適中，電阻值過小會使增益很低，過大會產(chǎn)生自激，電感與電容要調(diào)諧在中頻頻率上，并且它們在偏離諧振頻率時產(chǎn)生的電納成分大小要與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的電納大小相等，從而完全抵消。具體說明如下:
[0032]沒有并聯(lián)LCR網(wǎng)絡(luò)時負(fù)載網(wǎng)絡(luò)具有的電阻、電感、電容分別為IVLtl和Ctl,并聯(lián)LCR網(wǎng)絡(luò)的電阻、電感、電容分別為R, L和C，經(jīng)過推導(dǎo)得到新負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納:
[0033]Υ(Αω) = — + ~—τ + J2Aoj[C(] _ —~—τ]
R0 R + {2 AcoL)R + (2A(oL)~[0034]其中Λ ω是離開諧振點(diǎn)的頻率偏移。從上式可以看出，為了使負(fù)載在很寬的頻帶上表現(xiàn)為純電導(dǎo)，上式的虛部應(yīng)該在很寬的范圍內(nèi)為0，并且L和C還要滿足諧振在ω0,由此可確定出L和C的值。由于正反饋的作用，上式中的Rtl為負(fù)值，如果R的值太小，當(dāng)Λω —O時，上式的實(shí)部將很大，因此負(fù)載電導(dǎo)很大而增益很低，但是如果R的值太大，上式第二項(xiàng)的絕對值會小于第一項(xiàng)(負(fù)值)，則整個電導(dǎo)為負(fù)，產(chǎn)生自激，因此電阻R的值要選擇合適。
[0035]同時增加正反饋單元6和LCR諧振單元7的優(yōu)點(diǎn)還有:①使得增益與帶寬同時得到改善，相比傳統(tǒng)的提高增益或擴(kuò)展帶寬的方法，本方案同時控制了負(fù)載的電導(dǎo)成分和電納成分，使得增益與帶寬在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上同時得到大幅提升；②可通過改變正反饋的偏置電壓Vbiasl調(diào)整增益。在使用中可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整混頻器的增益，當(dāng)噪聲是系統(tǒng)首要制約因素時，可提高混頻器的增益以抑制后級電路的噪聲；當(dāng)線性是系統(tǒng)首要制約因素時，可適當(dāng)降低混頻器的增益以減緩系統(tǒng)線性度的壓力。從前面的公式可以看出，當(dāng)所有元件的參數(shù)確定后，還有R0可以隨正反饋的強(qiáng)度改變，R0本身為負(fù)，正反饋越強(qiáng)Rtl的絕對值越小，因此負(fù)載電導(dǎo)越小而增益越高，正反饋的強(qiáng)度可方便的通過偏置電壓Vbiasl調(diào)整，Vbiasl越高正反饋越強(qiáng)，因而改變偏置電壓Vbiasl可以起到調(diào)整增益的作用。在使用中可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整混頻器的增益，當(dāng)噪聲是系統(tǒng)首要制約因素時，可提高混頻器的增益以抑制后級電路的噪聲；當(dāng)線性是系統(tǒng)首要制約因素時，可適當(dāng)降低混頻器的增益以減緩系統(tǒng)線性度的壓力。
[0036]圖5分別對傳統(tǒng)吉爾伯特結(jié)構(gòu)、只加入正反饋單元和同時加入正反饋單元與LCR諧振單元時的混頻器增益隨頻率的變化進(jìn)行比較。可以看出相比傳統(tǒng)吉爾伯特結(jié)構(gòu)，加入正反饋后其增益顯著增加，但同時帶寬也極大地下降，但同時加入正反饋與LCR諧振網(wǎng)絡(luò)后，增益與帶寬同時大幅提聞。
[0037]圖6是圖4電路中開關(guān)電源3部分的電路中增加了 PMOS管Μ13和Μ14的實(shí)施例。Μ13和Μ14的源極接電源Vdd，漏極分別與Ml和M2的漏極連接，柵極分別與Ml和M2的柵極連接，構(gòu)成電流注入結(jié)構(gòu)，以降低流過開關(guān)單元的電流。
[0038]本發(fā)明中的某些單元可以換做其他結(jié)構(gòu)，并不影響本發(fā)明的使用。其中巴倫單元可用片上或片外巴倫實(shí)現(xiàn)，可以是各種類型的巴倫器，如集總元件巴倫、變壓器巴倫、傳輸線巴倫等，也可以是無源或有源的任何形式。緩沖單元的作用是對緩沖器前后的電路進(jìn)行隔離，由于使用正反饋技術(shù)后，緩沖器前后的電導(dǎo)差異極大，因此緩沖器應(yīng)該具有較好的隔離度。除了本方案中使用的源級跟隨結(jié)構(gòu)外，緩沖器也可選擇為共源等其他結(jié)構(gòu)，只要具有容性電抗輸入成分和低阻輸出即可，比如漏極接調(diào)諧電感的共源級結(jié)構(gòu)。電路中所用MOS管可替換為雙極晶體管，也可MOS管與雙極晶體管混合使用，電路實(shí)現(xiàn)功能不變。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗高增益寬帶混頻器，含吉爾伯特混頻器的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)有巴倫單元、跨導(dǎo)單元、開關(guān)單元和含有差分電感與負(fù)載端寄生電容并聯(lián)的負(fù)載單元，其中，巴倫單元包括射頻巴倫和本振巴倫，射頻巴倫將輸入的射頻單端信號轉(zhuǎn)換成差分電壓信號Kkf+和Fef-后輸出至跨導(dǎo)單元，跨導(dǎo)單元將射頻電壓信號轉(zhuǎn)換成射頻電流信號RF+和RF-并輸入至開關(guān)單元；本振巴倫將輸入的本振單端信號轉(zhuǎn)換成差分電壓信號U與Kur后亦輸出至開關(guān)單兀，開關(guān)單兀將輸入的射頻差分電流信號RF+和RF-與輸入的本振差分電壓信號Flq+與匕。_相乘后輸出中頻差分電流信號IF+和IF-并通過含有差分電感與負(fù)載端寄生電容并聯(lián)的負(fù)載單元輸出中頻差分電壓信號VIF+和VIF_，差分電感的中心抽頭連接電源Vdd，差分電感的兩端分別連接開關(guān)單元輸出的中頻差分電流信號IF+和IF-，其特征在于:在開關(guān)單元之后增設(shè)正反饋單元、LCR諧振單元和緩沖單元，與含有差分電感及并聯(lián)寄生電容的負(fù)載單元共同構(gòu)成新的負(fù)載單元，由緩沖單元輸出最終的中頻差分電壓信號Vif+和VIF_ ； 所說正反饋單元用于降低新負(fù)載單元的電導(dǎo)成分，以提高混頻器的增益，包括NMOS管M7、M8及電容C3、C4，NM0S管M7與NMOS管M8的源極互連并接地，NMOS管M7及MTOS管M8的柵極分別連接偏置電壓Vbiasl,NMOS管M7的漏極連接電容C4的一端和開關(guān)單元的差分信號輸出正向端IF+，電容C4的另一端連接NMOS管M8的柵極，NMOS管M8的漏極連接電容C3的一端和開關(guān)單元的差分信號輸出反向端IF-，電容C3的另一端連接NMOS管M7的柵極； 所說LCR諧振單元用于將LCR諧振單元的電納成分與新負(fù)載單元本身的電納成份等值反號，抵消新負(fù)載單元的電納成分，以擴(kuò)展混頻器的帶寬，包括電感L1、L2，電阻R1、R2和電容C1、C2，電阻Rl的一端連接正反饋單元中NMOS管M7的漏極與電容C4的連接端，電阻Rl的另一端串聯(lián)電容Cl、電感LI后連接電感L2的一端，電感L2的另一端串聯(lián)電容C2、R2后連接正反饋單元中NMOS管M8的漏極與電容C3的連接端； 所說緩沖單元包括NMOS管M9、M10、M11、Ml2, NMOS管Ml1、M12的漏極互連并連接電源Vdd, NMOS管Mll的柵極連接LCR諧振單元中電阻R2與正反饋單元中NMOS管M8的漏極與電容C3的連接端，NMOS管M12的柵極連接LCR諧振單元中電阻Rl與正反饋單元中NMOS管M7的漏極與電容C4的連接端，NMOS管M9、M10的源極互連并接地，NMOS管M9、M10的柵極分別連接偏置電壓Vbias2，NMOS管M9的漏極與Mll的源極互連并作為最終的中頻差分信號輸出端VIF+，NMOS管MlO的漏極與M12的源極互連并作為最終的中頻差分信號輸出端VIF_。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗高增益寬帶混頻器，其特征在于:所說開關(guān)單元中增設(shè)兩個PMOS管M13和M14，PMOS管M13和M14的源極連接電源Vdd，PMOS管M13和M14的漏極和柵極分別與跨導(dǎo)單元中兩個MOS管的漏極和柵極連接，構(gòu)成電流注入結(jié)構(gòu)，以降低流過開關(guān)單元的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低功耗高增益寬帶混頻器，其特征在于: 所說巴倫單元包括片上或片外巴倫，巴倫的類型包括集總元件巴倫、變壓器巴倫、傳輸線巴倫； 所說緩沖單元需具有容性電抗輸入成分和低阻輸出，包括漏極接調(diào)諧電感的共源級結(jié)·構(gòu)； 所說電路中的MOS管替換為雙極晶體管或MOS管與雙極晶體管混合使用； 所說負(fù)載單元中與差分電感并聯(lián)的負(fù)載端寄生電容采用外接電容。
【文檔編號】H03D7/12GK103532493SQ201310538734
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】李智群, 王沖, 李芹, 曹佳, 王志功 申請人:東南大學(xué)