本發(fā)明涉及一種低電壓自偏置電流復(fù)用無源混頻器，屬于混頻器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

手持無線設(shè)備的迅速普及對(duì)射頻收發(fā)模塊的低功耗設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求。在射頻接收系統(tǒng)中，混頻器負(fù)責(zé)將射頻信號(hào)變頻至基帶或者中頻頻段，是接收鏈路中的核心模塊，作為射頻信號(hào)和中頻信號(hào)的鏈接，其功耗水平在接收鏈路中占據(jù)了可觀的份額。針對(duì)混頻器的低功耗設(shè)計(jì)方法和電路結(jié)構(gòu)一直是業(yè)界的研究熱點(diǎn)，而降低電源電壓和減少偏置電流是降低功耗的主要途徑。而當(dāng)半導(dǎo)體工藝尺寸到達(dá)40nm以下時(shí)，短溝道晶體管的有限輸出阻抗給偏置電流的精確設(shè)置帶來了挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低電壓自偏置電流復(fù)用無源混頻器，相比傳統(tǒng)無源混頻器，本發(fā)明同時(shí)降低電源電壓和偏置電流，顯著降低混頻器的功耗水平，實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換增益，且工作穩(wěn)定。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種低電壓自偏置電流復(fù)用無源混頻器，包括自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)、無源本振開關(guān)和低電壓跨阻放大器，所述自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)包括PMOS跨導(dǎo)管和NMOS跨導(dǎo)管，且構(gòu)成CMOS結(jié)構(gòu)；PMOS跨導(dǎo)管包括鏡像PMOS跨導(dǎo)管與自偏置PMOS跨導(dǎo)管，且兩者采用電容耦合的方式共同向無源本振開關(guān)提供射頻電流；低電壓跨阻放大器包括采用跨導(dǎo)自舉電路的共柵放大器，其中，跨導(dǎo)自舉電路包括NMOS管共源放大器；且自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)通過無源本振開關(guān)與低電壓跨阻放大器構(gòu)成電流復(fù)用。

優(yōu)選的，所述自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)包括第一NMOS管NM1、第六NMOS管NM6、第一PMOS管PM1、第六PMOS管PM6、第一電阻R1、第二電阻R2、第五電阻R5、第一電容C1、第三電容C3以及第四電容C4，具體電路結(jié)構(gòu)為：

第一NMOS管NM1的源極接地，其柵極接射頻輸入信號(hào)，其漏極接第一PMOS管PM1的漏極；第一電阻R1的正極接第一偏置電壓，其負(fù)極接第一NMOS管NM1的柵極；第六NMOS管NM6的源極接地，其柵極接第二偏置電壓，其漏極接第二電阻R2的負(fù)極；第一PMOS管PM1的源極接電源電壓VCC，其柵極接第二電阻R2的正極，其漏極接第三電容C3的上極板；第五電阻R5的正極接第一PMOS管PM1的漏極，其負(fù)極接第六NMOS管NM6的漏極；第一電容C1的上極板接第一PMOS管PM1的柵極，其下極板接第一NMOS管NM1的柵極；第四電容C4的上極板接電源電壓VCC，其下極板接第二電阻R2的負(fù)極；第六PMOS管PM6的源極接電源電壓VCC，其柵極接第一PMOS管PM1的柵極，其漏極接第三電容C3的下極板。

優(yōu)選的，所述無源本振開關(guān)包括第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3，具體電路結(jié)構(gòu)為：

第二NMOS管NM2的柵極接本振信號(hào)LO的正極，其漏極接第三電容C3的下極板，其源極接第二電容C2的下極板；第三NMOS管NM3的柵極接本振信號(hào)LO的負(fù)極，其漏極接第三電容C3的下極板，其源極接第二電容C2的上極板。

優(yōu)選的，所述低電壓跨阻放大器包括第二電容C2、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第三電阻R3和第四電阻R4，具體電路結(jié)構(gòu)為：

第二PMOS管PM2的源極接第二電容C2的下極板，其柵極接第四NMOS管NM4的漏極，其漏極接輸出信號(hào)正極VOUT+；第三PMOS管PM3的源極接第二電容C2的上極板，其柵極接第五NMOS管NM5的漏極，其漏極接輸出信號(hào)負(fù)極VOUT-；第三電阻R3的正極接第二PMOS管PM2的漏極，其負(fù)極接地；第四電阻R4的正極接第三PMOS管PM3的漏極，其負(fù)極接地；第四NMOS管NM4的源極接地，其柵極接第二電容C2的下極板，其漏極接第四PMOS管PM4的漏極；第五NMOS管NM5的源極接地，其柵極接第二電容C2的上極板，其漏極接第五PMOS管PM5的漏極；第四PMOS管PM4的源極接電源電壓VCC，其柵極接第三偏置電壓，其漏極接第四NMOS管NM4的漏極；第五PMOS管PM5的源極接電源電壓VCC，其柵極接第三偏置電壓，其漏極接第五NMOS管NM5的漏極。

有益效果：本發(fā)明提出的一種低電壓電流復(fù)用無源混頻器，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下效果：該混頻器由跨導(dǎo)級(jí)、開關(guān)級(jí)、跨阻放大器構(gòu)成。其跨導(dǎo)級(jí)為CMOS結(jié)構(gòu)，可偏置在較低的電源電壓下?？缱璺糯笃鳛槿谌肟鐚?dǎo)自舉技術(shù)的共柵放大器，為降低電源電壓，跨導(dǎo)自舉電路采用了NMOS輸入的共源放大器結(jié)構(gòu)；此外跨導(dǎo)級(jí)通過混頻器的開關(guān)級(jí)與跨阻放大器構(gòu)成電流復(fù)用，降低了總體偏置電流。在跨導(dǎo)級(jí)，NMOS管和PMOS管一起向開關(guān)級(jí)注入射頻電流，獲得了較高的等效跨導(dǎo)?？缱璺糯笃魍ㄟ^增益自舉可獲得足夠低的輸入阻抗，可充分吸收變頻后的電流并將其在負(fù)載電阻上轉(zhuǎn)換成輸出電壓。由于對(duì)共柵管進(jìn)行了跨導(dǎo)自舉，使得從負(fù)載電阻端往上看過去的阻抗更高，因此可以進(jìn)一步提高負(fù)載電阻值而不會(huì)帶來增益壓縮效應(yīng)。通過以上措施，該混頻器同時(shí)降低了電源電壓和偏置電流，并且實(shí)現(xiàn)了較高的轉(zhuǎn)換增益。

此外，由于短溝道晶體管的輸出阻抗較低，如果用設(shè)置PMOS跨導(dǎo)管和NMOS跨導(dǎo)管偏置電流差值來為跨阻放大器進(jìn)行偏置的方法，將會(huì)給跨阻放大器的實(shí)際偏置電流帶來很大的不確定性。本發(fā)明通過對(duì)PMOS跨導(dǎo)管采取自偏置，以及鏡像一部分PMOS跨導(dǎo)電流注入跨阻放大器的方式，確保了跨導(dǎo)級(jí)晶體管處于飽和區(qū)，并保證了跨阻放大器的偏置電流處于合理的范圍內(nèi)。其中鏡像PMOS跨導(dǎo)管與自偏置PMOS跨導(dǎo)管采用電容耦合的方式，對(duì)射頻信號(hào)而言相當(dāng)于直接并聯(lián)，共同提供射頻電流。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的低電壓自偏置電流復(fù)用無源混頻器的電路圖；

圖2為本發(fā)明的低電壓自偏置電流復(fù)用無源混頻器轉(zhuǎn)換增益隨輸入頻率變化的曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示為一種低電壓自偏置電流復(fù)用無源混頻器，包括自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)、無源本振開關(guān)和低電壓跨阻放大器，所述自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)包括PMOS跨導(dǎo)管和NMOS跨導(dǎo)管，且構(gòu)成CMOS結(jié)構(gòu)；PMOS跨導(dǎo)管包括鏡像PMOS跨導(dǎo)管與自偏置PMOS跨導(dǎo)管，且兩者采用電容耦合的方式共同向無源本振開關(guān)提供射頻電流；低電壓跨阻放大器包括采用跨導(dǎo)自舉電路的共柵放大器，其中，跨導(dǎo)自舉電路包括NMOS管共源放大器；且自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)通過無源本振開關(guān)與低電壓跨阻放大器構(gòu)成電流復(fù)用。

如圖1所示，本實(shí)施例中，所述自偏置互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)包括第一NMOS管NM1、第六NMOS管NM6、第一PMOS管PM1、第六PMOS管PM6、第一電阻R1、第二電阻R2、第五電阻R5、第一電容C1、第三電容C3以及第四電容C4，具體電路結(jié)構(gòu)為：

第一NMOS管NM1的源極接地，其柵極接射頻輸入信號(hào)，其漏極接第一PMOS管PM1的漏極；第一電阻R1的正極接第一偏置電壓，其負(fù)極接第一NMOS管NM1的柵極；第六NMOS管NM6的源極接地，其柵極接第二偏置電壓，其漏極接第二電阻R2的負(fù)極；第一PMOS管PM1的源極接電源電壓VCC，其柵極接第二電阻R2的正極，其漏極接第三電容C3的上極板；第五電阻R5的正極接第一PMOS管PM1的漏極，其負(fù)極接第六NMOS管NM6的漏極；第一電容C1的上極板接第一PMOS管PM1的柵極，其下極板接第一NMOS管NM1的柵極；第四電容C4的上極板接電源電壓VCC，其下極板接第二電阻R2的負(fù)極；第六PMOS管PM6的源極接電源電壓VCC，其柵極接第一PMOS管PM1的柵極，其漏極接第三電容C3的下極板。

所述無源本振開關(guān)包括第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3，具體電路結(jié)構(gòu)為：

第二NMOS管NM2的柵極接本振信號(hào)LO的正極，其漏極接第三電容C3的下極板，其源極接第二電容C2的下極板；第三NMOS管NM3的柵極接本振信號(hào)LO的負(fù)極，其漏極接第三電容C3的下極板，其源極接第二電容C2的上極板。

所述低電壓跨阻放大器包括第二電容C2、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第三電阻R3和第四電阻R4，具體電路結(jié)構(gòu)為：

第二PMOS管PM2的源極接第二電容C2的下極板，其柵極接第四NMOS管NM4的漏極，其漏極接輸出信號(hào)正極VOUT+；第三PMOS管PM3的源極接第二電容C2的上極板，其柵極接第五NMOS管NM5的漏極，其漏極接輸出信號(hào)負(fù)極VOUT-；第三電阻R3的正極接第二PMOS管PM2的漏極，其負(fù)極接地；第四電阻R4的正極接第三PMOS管PM3的漏極，其負(fù)極接地；第四NMOS管NM4的源極接地，其柵極接第二電容C2的下極板，其漏極接第四PMOS管PM4的漏極；第五NMOS管NM5的源極接地，其柵極接第二電容C2的上極板，其漏極接第五PMOS管PM5的漏極；第四PMOS管PM4的源極接電源電壓VCC，其柵極接第三偏置電壓，其漏極接第四NMOS管NM4的漏極；第五PMOS管PM5的源極接電源電壓VCC，其柵極接第三偏置電壓，其漏極接第五NMOS管NM5的漏極。

本發(fā)明提出的低電壓自偏置電流復(fù)用無源混頻器，由于互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)為CMOS結(jié)構(gòu)，可偏置在較低的電源電壓下，即可工作在0.7V電源電壓下。且低電壓跨阻放大器為融入跨導(dǎo)自舉技術(shù)的共柵放大器，為降低電源電壓，跨導(dǎo)自舉電路采用了NMOS輸入的共源放大器結(jié)構(gòu)；此外與傳統(tǒng)無源混頻器不同的是，互補(bǔ)輸入跨導(dǎo)級(jí)通過混頻器的本振開關(guān)管與跨阻級(jí)構(gòu)成電流復(fù)用，降低了總體偏置電流。本發(fā)明從降低電源電壓和減少偏置電流兩方面入手，在不影響電路性能的前提下顯著降低了功耗。

如圖2所示為本發(fā)明的低電壓電流復(fù)用無源混頻器轉(zhuǎn)換增益隨輸入頻率變化的曲線圖，其本振頻率為1.575GHz；從圖中可以看出，在本振頻率附近10MHz帶寬內(nèi)轉(zhuǎn)換增益曲線平坦，約為27dB。其電源電壓為0.7V，偏置電流為0.6mA。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。