專利名稱：場(chǎng)效應(yīng)管混頻器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)管(FET)混頻器電路。


圖1表示的是傳統(tǒng)的場(chǎng)效應(yīng)管混頻器電路。圖1中所示電路包括采用雙柵金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2的一個(gè)混頻器電路、一個(gè)采用MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q1的射頻(RF)放大器和一個(gè)采用雙極晶體管Q3的本機(jī)振蕩器，其中后兩者設(shè)置在混頻器電路的前級(jí)。由天線輸入的一個(gè)射頻信號(hào)VRF通過射頻放大器被放大并送入混頻器電路中與來(lái)自本機(jī)振蕩器的一個(gè)信號(hào)VLO混合，從而輸出一個(gè)作為中頻(IF)輸出信號(hào)IFOUT的信號(hào)。圖1中，L1到L4是電感線圈，T1是一個(gè)輸出變壓器，C1到C15是電容，CV1到CV3是可變電容，C1A、C1B和C1C是聯(lián)動(dòng)可變電容器，R1至R10是電阻，VSS是源電壓。
在圖1所表示的傳統(tǒng)混頻器電路中，來(lái)自射頻放大器的輸出信號(hào)VRF加在MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q2的一個(gè)柵極上，而來(lái)自本機(jī)振蕩器的輸出信號(hào)VLO加在其另一個(gè)柵極上。所以，通過電阻R6和R7對(duì)源電壓(-VSS)分壓而得到的一個(gè)電壓通過電阻R5也加在了有輸出信號(hào)VRF的MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q2的那一個(gè)柵極上。這樣做的目的在于通過優(yōu)選的直流偏壓固定MOS場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極電壓，進(jìn)而控制場(chǎng)效應(yīng)管Q2的轉(zhuǎn)換增益。
采用這種傳統(tǒng)混頻器電路，輸出信號(hào)VRF和VLO分別加在一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極上以便將這些頻率混合，因而需要一個(gè)本機(jī)振蕩器信號(hào)，其電壓值之高(等于幾個(gè)伏特?cái)?shù))足以在場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極電流中發(fā)現(xiàn)平方特性。為此，需要一個(gè)具有高輸出的放大器來(lái)放大本機(jī)振蕩器信號(hào)，同時(shí)電路電流也變大。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管的混頻器電路，即使本機(jī)振蕩器信號(hào)的電壓值低于若干伏電壓時(shí)，該電路也能夠運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
在本發(fā)明的第一種情況中，混頻器電路具有一個(gè)差分晶體管對(duì)，它是由工作特性彼此不相同的且其源極是共接的一個(gè)第一場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)第二場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的。在該電路中，第一交流(AC)信號(hào)加在第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上，而第二交流信號(hào)加在第二場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上。
對(duì)于第一種情況的混頻器電路，具有不同工作特性的第一和第二場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成了一個(gè)差分晶體管對(duì)，而且第一交流信號(hào)(例如射頻信號(hào))加在第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上，而第二交流信號(hào)(例如本機(jī)振蕩器信號(hào))加在第二場(chǎng)效應(yīng)管的柵極上，因而第一和第二場(chǎng)效應(yīng)管中的每一個(gè)能夠提供具有平方特性的一個(gè)漏極電流。因此，即使本機(jī)振蕩器信號(hào)的信號(hào)值很少，該電路也適宜運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。這就意味著無(wú)需為了本機(jī)振蕩器信號(hào)而采用一個(gè)放大器，從而也導(dǎo)致了電路電流的降低。
這里，“工作特性不同”這一狀態(tài)在第一和第二場(chǎng)效應(yīng)管至少具有不同的互導(dǎo)系數(shù)β這方面得到了滿足。第一和第二場(chǎng)效應(yīng)管可以具有彼此相同的或不同的閾電壓。
互導(dǎo)系數(shù)β按下式定義β＝μn·(Cox/2)·(W/L)
其中μn＝電子遷移率Cox＝每平方面積柵極氧化物膜的電容量(W/L)＝場(chǎng)效應(yīng)管柵寬(W)與柵長(zhǎng)(L)的比值。
在本發(fā)明的第二種情況中，提供了一種混頻器電路，它具有一個(gè)第一差分晶體管對(duì)和一個(gè)第二差分晶體管對(duì)，其中每一個(gè)晶體管對(duì)都包括兩個(gè)雙柵場(chǎng)效應(yīng)管。第一差分對(duì)包括源極共接的第一和第二雙柵場(chǎng)效應(yīng)管，第二差分對(duì)包括第三和第四雙柵場(chǎng)效應(yīng)管。第一和第三場(chǎng)效應(yīng)管分別具有加有第一直流(DC)電壓的第一柵極，而第一和第四場(chǎng)效應(yīng)管分別具有加有第一交流電壓的第二柵極。第二和第四場(chǎng)效應(yīng)管分別具有加有與第一直流電壓值不同的第二直流電壓的第一柵極，而第二和第三場(chǎng)效應(yīng)管分別具有加有第二交流電壓的第二柵極。
對(duì)于第二種情況的混頻器電路，第一和第二差分對(duì)的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管分別具有加有彼此不同的直流電壓的第一柵極，因而使得其互導(dǎo)系數(shù)也彼此不同，因此獲得了具有平方特性的漏極電流的總電流。結(jié)果是，即使在本機(jī)振蕩器信號(hào)很小的情況下，頻率轉(zhuǎn)換也能夠進(jìn)行而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
在本發(fā)明的第三種情況中，提供了一種混頻器電路，該電路包括一個(gè)第一雙柵場(chǎng)效應(yīng)管，該場(chǎng)效應(yīng)管具有一個(gè)加有第一交流(AC)信號(hào)的第一柵極和一個(gè)加有第一直流電壓的第二柵極，它還包括一個(gè)第二雙柵場(chǎng)效應(yīng)管，該場(chǎng)效應(yīng)管具有一個(gè)加有一第二交流信號(hào)的第一柵極和一個(gè)加有一個(gè)電壓值不同于第一直流電壓的第二直流電壓的第二柵極。第一和第二雙柵場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成了一個(gè)差分晶體管對(duì)，并且其源極分別共接在一個(gè)電流源上。
對(duì)于第三種情況的混頻器電路，構(gòu)成差分對(duì)的第一和第二雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的第一柵極分別加有彼此不同的直流偏壓，因而使得互導(dǎo)系數(shù)也彼此不同，因此獲得了具有平方特性的漏極電流。結(jié)果是，即使在本機(jī)振蕩器信號(hào)的信號(hào)值很小的情況下，也可以進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
圖1是采用傳統(tǒng)的混頻器電路的電路圖。
圖2是按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的混頻器電路的電路圖。
圖3是按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的混頻器電路的電路圖。
圖4是按照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的混頻器電路的電路圖。
下面將參照?qǐng)D2至圖4具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
(第一個(gè)實(shí)施例)圖2表示按照本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)混頻器電路。
在圖2中，MOS場(chǎng)效應(yīng)管M1和M2具有彼此不同的工作特性。即，場(chǎng)效應(yīng)管M1和M2兩者具有彼此不同的互導(dǎo)系數(shù)和閾電壓。場(chǎng)效應(yīng)管M1和M2構(gòu)成了一個(gè)差分對(duì)，其源極共接在一個(gè)恒流源上。該差分對(duì)被恒流源1中的恒定電流I0所驅(qū)動(dòng)。
場(chǎng)效應(yīng)管M1的漏極連接在直流電壓源2(電壓VDD)上而其柵極連接在射頻(RF)信號(hào)源3上。其柵極所加的射頻信號(hào)(電壓VRF)作為來(lái)自信號(hào)源3的第一交流信號(hào)。
場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極通過負(fù)載電阻RL連接到直流電壓源2上，而其柵極連接到本機(jī)振蕩器信號(hào)源4上。該柵極所加的本機(jī)振蕩器信號(hào)(電壓VLO)作為來(lái)自信號(hào)源4的第二交流信號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極電流通過負(fù)載電阻RL轉(zhuǎn)換成電壓，以便被作為輸出電壓VCUT取出。
下面，將說明如上所示混頻器電路的工作原理。
首先，如果場(chǎng)效應(yīng)管M1和M2的互導(dǎo)系數(shù)、閾電壓、柵-源電壓分別用β1和β2、VTH1和VTH2以及VGS1和VGS2表示，則場(chǎng)效應(yīng)管M1的漏極電流ID1和場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極電流ID2可以按下式表示ID1＝β1(VGS1-VTH1)2……(1)ID2＝β2(VGS2-VTH2)2……(2)這里，閾電壓VTH1與VTH2的差值用△VTH表示，即VTH1-VTH2＝△′VTH……(3)漏極電流ID1和ID2之和等于恒定電流IO，柵-源電壓VGS1和VGS2之差等于射頻信號(hào)電壓VRF與本機(jī)振蕩器信號(hào)電壓VLO之差，即ID1+ID2＝I0……(4)VGS1-VGS2＝VRF-VLO……(5)由等式(3)、(4)和(5)，場(chǎng)效應(yīng)管M1的漏極電流ID1和場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極電流ID2可由下式得到;.OJ OFFID1＝｛β1/(β1+β2)｝·I0+｛β2/(β1+β2)｝2·(VRF-VLO+△VTH)2+[2·｛β2/(β1+β2)｝·(β1/β2)1/2·(VRF-VLO+△VTH)×[｛I0/(β1+β2)｝-(VRF-VLO+△VTH)2]1/2] ……(6)
ID2＝｛2·β2/(β1+β2)｝·I0-｛β2/(β1+β2)｝2·(VRF-VLO+△VTH)2-[2｛β2/(β1+β2)｝2·(β1/β2)1/2·(VRF-VLO+△VTH)×[｛(I0/(β1+β2)｝-(VRF-VLO+△VTH)2]1/2]] ……(7)參考等式(6)和(7)，第一項(xiàng)是直流分量，那么第二項(xiàng)可以被看作為與(VRF-VLO1+△VTH)2成正比的分量，而第三項(xiàng)可以認(rèn)為是與(VRF-VLO1+△VTH)成正比的分量。
這里，式中第二項(xiàng)的(VRF-VLO1+△VTH)2可以按如下展開(VRF-VLO+△VTH)2＝VRF2+VLO2+△VTH2-2·VRF·VLO-2·VLO·△VTH+2·△VTH·VRF……(8)因此，如果射頻信號(hào)VRF和本機(jī)振蕩器信號(hào)VLO按下式給出，則可以得到如下式的兩信號(hào)的乘積VRF·VLO;
VRF＝|VRF|·cos(2π·fRF·t) ……(9)VLO＝|VLO|·cos(2π·fLO·t) ……(10)VRF·VLO＝|VRF|·|VLO|·cos(2π·fRF·t)·cos(2π·fLO·t)＝(1/2)|VRF|·|VLO|·[cos｛2π·(fRF+fLO)·t｝+cos｛2π·(fRF-fLO)·t｝] ……(11)
由等式(11)可知，每個(gè)漏極電流ID1和ID2都包含有頻率fRF與fLO之和(fRF+FLo)的分量和其之差|fRF-fLO|的分量。因此，在圖2所示的電路中，如果漏極電流ID1和ID2之一被轉(zhuǎn)化成電壓，那么經(jīng)過濾波，就可以得到具有頻率fRF與fLO之和(fRF+fLO)或之差|fRF-fLO|的頻率分量的這種輸出信號(hào)。這就意味著在圖2所示電路中，射頻信號(hào)VRF的頻率fRF與本機(jī)振蕩器信號(hào)VLO的頻率fLO被彼此混合了。
在該實(shí)施例中，通過將漏極電流ID2轉(zhuǎn)換為電壓而獲得輸出信號(hào)VOUT，但不限于此，可以在場(chǎng)效應(yīng)管M1的漏極和電壓源2之間設(shè)置負(fù)載電阻RL而將漏極電流ID1轉(zhuǎn)換成電壓。此外，可以采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管或類似元件作為動(dòng)態(tài)負(fù)載來(lái)代替負(fù)載電阻RL。這說意味著只要可以將漏極電流ID1或ID2轉(zhuǎn)換成電壓而得到輸出電壓，就可以采用任何負(fù)載。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，工作特性不同的場(chǎng)效應(yīng)管M1和M2構(gòu)成了一個(gè)差分晶體管對(duì)，且在其柵極上分別加有射頻信號(hào)和本機(jī)振蕩器信號(hào)，因此即使在本機(jī)振蕩器信號(hào)很小的情況下，也可以很容易地進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
(第二個(gè)實(shí)施例)圖3表示按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的一種混頻器電路，該電路包括四個(gè)MOS雙柵場(chǎng)效應(yīng)管M11、M12、M13和M14。其中，場(chǎng)效應(yīng)管M11和M12構(gòu)成了第一差分對(duì)，其源極共接于恒流源11a并被恒流源的恒定電流IOO所驅(qū)動(dòng)。場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14構(gòu)成了第二差分對(duì)，其源極共接于恒流源11b并被其中的恒定電流IOO所驅(qū)動(dòng)。
第一和第二差分晶體管對(duì)的聯(lián)接是按如下方式完成的;
場(chǎng)效應(yīng)管M11的第一柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M13的第一柵極共接于直流電壓源12(電壓VB)的正極，而場(chǎng)效應(yīng)管M12的第一柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M14的第一柵極共接于電壓源12的負(fù)極，同時(shí)還共接于直流電壓源13(電壓VG)的正極。電壓源13的負(fù)極接地。
直流電壓源12與13串接，因此場(chǎng)效應(yīng)管M11和M13的第一柵極都加有電壓源12和13兩者電壓VB和VG之和，即(VB+VG)，以作為直流偏壓，而場(chǎng)效應(yīng)管M12和M14的第一柵極都加有電壓VG以作為直流偏壓。結(jié)果是，場(chǎng)效應(yīng)管M11、M12、M13和M14的互導(dǎo)系數(shù)隨著所施加的直流偏壓幅值的變化而單調(diào)地增加或減少。因此，其漏極電流也隨直流偏壓幅度的變化而單調(diào)增加或減少。
場(chǎng)效應(yīng)管M11的第二柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M14的第二柵極共接于射頻(RF)信號(hào)源14，從而在這兩個(gè)第二柵極與地之間施加了一個(gè)射頻信號(hào)(電壓VRF)以作為第一交流信號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)管M12的第二柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M13的第二柵極共接于本機(jī)振蕩器信號(hào)源15，從而在這兩個(gè)柵極與地之間加入了一個(gè)本機(jī)振蕩器(電壓VLO)以作為第二交流信號(hào)。
場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極直接共接于直流電壓源16(電壓VDD)。場(chǎng)效應(yīng)管M11的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極通過負(fù)載電阻RL共接于直流電源16。
在該實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)管M11和M13的漏極電流的總和通過負(fù)載電阻RL轉(zhuǎn)換為電壓，以便作為輸出電壓VOUT被外部電路取出。
構(gòu)成第一差分對(duì)的場(chǎng)效應(yīng)管M11和M12具有彼此不同的工作特性，而構(gòu)成第二差分對(duì)的場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14也具有彼此不同的工作特性。但是，場(chǎng)效應(yīng)管M12和M14具有彼此等同的工作特性，而場(chǎng)效應(yīng)管M11和M13也具有彼此等同的工作特性。
下面將說明如上所示電路的工作原理。
首先，在第一差分對(duì)中，場(chǎng)效應(yīng)管M11的漏極電流ID11可以用互導(dǎo)系數(shù)β11、柵-源電壓VGS11和閾電壓VTH表示成下式ID11＝β11(VGS11-VTH)2……(12)同樣，場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極電流ID12也可以用互導(dǎo)系數(shù)β12、柵-源電壓VGS2和閾電壓VTH表示成下式ID12＝β12(VGS12-VTH)2……(13)而且，漏極電流ID11和ID12的電流之和等于恒定電流IOO，而柵-源電壓VGS11和VGS12之差等于射頻信號(hào)電壓VRF和本機(jī)振蕩器信號(hào)電壓VLO之差，即ID11+ID12＝I00……(14)VGS11-VGS12＝VRF-VLO……(15)互導(dǎo)系數(shù)β11是施加于第一柵極的直流偏壓(VB+VG)的函數(shù)并隨著電壓(VB+VG)的變化而單調(diào)變化，這如下式(16)所示，而互導(dǎo)系數(shù)β12是施加于第一柵極的直流偏壓VG的函數(shù)，并隨著直流偏壓VG的變化而單調(diào)變化，這如下式(17)所示β11＝β11(VB+VG) ……(16)β12＝β12(VG) ……(17)
這里，β11和β12的值是彼此不同的，且如果用K1(K1≠1)表示β11與β12的比，即K1＝β11/β12＝β11/β0……(18)，則可由下式得到漏極電流ID11和ID12;
ID11＝｛K1/(1+K1)｝·I00+｛K1·β0·(VRF-VLO)2/(1+K1)2｝+[2·β0·K1·(VRF-VLO)·｛1/(1+K1)2｝×｛(1+K1)·(I00/β0)-K1·(VRF-VLO)2｝1/2] ……(19)ID12＝｛2/(1+K1)｝·I00-｛K1·β0·(VRF-VLO)2/(1+K1)2｝-[2·β0·K1·(VRF-VLO)·｛1/(1+K1)2｝×｛(1+K1)·(I00/β0)-K1·(VRF-VLO)2｝1/2] ……(20)在等式(19)和(20)中，其第一項(xiàng)是直流分量。而且，其第二項(xiàng)和第三項(xiàng)可被視為分別與(VRF-VLO)2和(VRF-VLO)成正比的分量。
通過與上述相同的原理，可以得到由場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14構(gòu)成的第二差分對(duì)的漏極電流。
可以按下式用互導(dǎo)系數(shù)β13、柵-源電壓VGS13和閾電壓VTH表示場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極電流ID13ID13＝β13(VGS13-VTH)2……(21)
同樣，可以按下式用互導(dǎo)系數(shù)β14、柵-源電壓VGS14和閾電壓VTH表示場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極電流ID14＝β14(VGS14-VTH)2……(22)除此以外，可以建立下列等式ID13+ID14＝I00……(23)VGS13-VGS14＝VLO-VRF……(24)互導(dǎo)系數(shù)β13是直流偏壓(VB+VG)的函數(shù)，并隨著(VB+VG)值的變化而單調(diào)變化，而互導(dǎo)系數(shù)β14是直流偏壓VG的函數(shù)，并隨著VG值的變化而單調(diào)變化。
這里，如果β13與β14之比等于K1，即K1＝β13/β14＝β13/β0……(25)，則可以按下式得出場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極電流ID13和場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極電流ID14ID13＝｛K1(1+K1)｝·I00+｛K1·β0·(VLO-VRF)2/(1+K1)2｝+[2·β0·K1·(VLO-VRF)·｛1/(1+K1)2｝×｛(1+K1)·(I00/β0)-K1·(VLO-VRF)2｝1/2] ……(26)ID14＝｛2/(1+K1)｝·I00-｛K1·β0·(VLO-VRF)2/(1+K1)2｝
-[2·β0·K1·(VLO-VRF)·｛1/(1+K1)2｝×｛(1+K1)·(I00/β0)-K1·(VLO-VRF)2｝1/2……(27)在等式(26)和(27)中，其第一項(xiàng)為直流分量，此外，其第二和第三項(xiàng)可被視為分別與(VLO-VRF)2和(VLO-VRF)成正比的分量。
由等式(19)、(20)、(26)和(27)，可以得出如下式所表示的場(chǎng)效應(yīng)管M11和M13漏極電流ID11和ID13之和，即(ID11+ID13)以及場(chǎng)效應(yīng)管M12和M14的漏極電流ID12和ID14之和，即(ID12+ID14);.oj offID11+ID13＝｛2K1/(1+K1)｝·I00+｛2·β0·(VRF-VLO)2/(1+K1)2｝ ……(28)ID12+ID14＝｛4/(1+K1)｝·I00-｛2·β0·(VRF-VLO)2/(1+K1)2｝ ……(29)在等式(28)和(29)中，(VRF-VLO)2一項(xiàng)可展開如下(VRF-VLO)2＝VRF2+VLO2-2·VRF·VLO……(30)這里，當(dāng)射頻信號(hào)電壓VRF按等式(9)所示表示而本機(jī)振蕩器信號(hào)電壓VLO按等式(10)所示表示時(shí)，可以得出按等式(11)表示的兩信號(hào)的乘積VRF·VLO，結(jié)果是可以發(fā)現(xiàn)，漏極電流之和，即(ID11+ID13)和(ID12+ID14)分別含有頻率fRF和fLO之和(fRF+fLO)的分量和其之差|fRF-fLO|的分量。
因此，如果漏極電流ID11和ID13之和(ID11+ID13)或漏極電流ID12和ID14之和(ID12+ID14)被轉(zhuǎn)換成電壓的話，那么經(jīng)過濾波，就可以得到具有頻率fRF和fLO之和(fRF+fLO)或之差|fRF-fLO|的頻率分量的一個(gè)輸出信號(hào)。這就意味著在第二個(gè)實(shí)施例中，射頻信號(hào)電壓VRF的頻率fRF與本機(jī)振蕩器信號(hào)電壓VLO的頻率fLO被彼此混合了。
在該實(shí)施例中，漏極電流ID11和ID13之和(ID11+ID13)被轉(zhuǎn)化成電壓以得到輸出信號(hào)VOUT，但并不限于此，可以在場(chǎng)效應(yīng)管M12和M14的漏極與電壓源16之間加入負(fù)載電阻RL，從而將漏極電流ID12和ID14之和(ID12+ID14)轉(zhuǎn)化為電壓。此外，還可以采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管或類似元件作為動(dòng)態(tài)負(fù)載來(lái)代替負(fù)載電阻RL。這就意味著只要可以將電流之和(ID11+ID13)或(ID12+ID14)轉(zhuǎn)化為電壓而得到輸出電壓，就可以采用任何形式的負(fù)載。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，直流偏壓(VB+VG)和VG分別加在了構(gòu)成第一差分對(duì)的雙柵場(chǎng)效應(yīng)管M11和M12的第一柵極上，而在構(gòu)成第二差分對(duì)的雙柵場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14的第一柵極上也施加了直流偏壓(VB+VG)和VG，結(jié)果是，第一和第二差分對(duì)中兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管中的每一個(gè)的互導(dǎo)系數(shù)都彼此不同，進(jìn)而得到了具有平方特性的漏極電流之和。因此，即使在本機(jī)振蕩器信號(hào)值很小的情況下，也可以進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
(第三個(gè)實(shí)施例)圖4表示了按照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的混頻器電路，該電路包括兩個(gè)構(gòu)成一個(gè)差分對(duì)的MOS雙柵場(chǎng)效應(yīng)管M21和M22。場(chǎng)效應(yīng)管M21和M22的源極共接于一個(gè)恒流源21，以便被其恒定電流I000所驅(qū)動(dòng)。
場(chǎng)效應(yīng)管M21的漏極直接連在直流電源24(電壓VDD)的正極。場(chǎng)效應(yīng)管M21的第一柵極連接于直流電源23的正極以便由此施加一個(gè)直流偏壓V1。其第二柵極連接于射頻(RF)信號(hào)源22以便由此施加射頻信號(hào)(電壓VRF)。
場(chǎng)效應(yīng)管M22的漏極通過負(fù)載電阻RL連接于電壓源24。其第一柵極連接于直流電源26的正極以便由此施加一個(gè)電壓值與直流偏壓V1不等的直流偏壓V2(即V1≠V2)。其第二柵極連接于本機(jī)振蕩器信號(hào)源25以便由此施加一個(gè)本機(jī)振蕩器信號(hào)(電壓VLO)。
場(chǎng)效應(yīng)管M22的漏極電流通過負(fù)載電阻RL被轉(zhuǎn)換為電壓并作為輸出電壓VOUT被外電路提取。
下面將說明上述混頻器電路的工作原理。
首先，場(chǎng)效應(yīng)管M21的漏極電流ID21可按下式用互導(dǎo)系數(shù)β21、柵-源電壓VGS21和閾電壓VTH表示ID21＝β21(VGS21-VTH)2……(31)同樣，場(chǎng)效應(yīng)管M22的漏極電流可按下式用互導(dǎo)系數(shù)β22、柵-源電壓VGS22和閾電壓VTH表示ID22＝β22(VGS22-VTH)2……(32)這里，漏極電流ID21和ID22之和等于恒定電流I000，且柵-源電壓VGS21和VGS22之差等于射頻信號(hào)電壓VRF與本機(jī)振蕩器信號(hào)電壓VLO之差，即
ID21+ID22＝I000……(33)VGS21-VGS22＝VRF-VLO……(34)互導(dǎo)系數(shù)β21是加在場(chǎng)效應(yīng)管M21上的直流偏壓V1的函數(shù)，而互導(dǎo)系數(shù)β22是加在場(chǎng)效應(yīng)管M22上的直流偏壓V2的函數(shù)，即β21＝β21(V1) ……(35)β22＝β22(V2) ……(36)所加的偏壓彼此不同，結(jié)果是，互導(dǎo)系數(shù)β21和β22在數(shù)值上也彼此不同。因此，如果β21與β22之比用K2(K2≠1)表示，即K2＝β21/β22……(37)，場(chǎng)效應(yīng)管M21的漏極電流ID21和場(chǎng)效應(yīng)管M22的漏極電流ID22可由下式得到ID21＝｛K2/(1+K2)·I000+｛K2·β22·(VRF-VLO)2/(1+K2)2｝+[2·β22·K2·(VRF-VLO)·｛1/(1+K2)2｝×｛(1+K2)·(I000/β22)-K2·(VRF-VLO)2｝1/2] ……(38)ID22＝｛2/(1+K2)｝·I000-｛K2·β22·(VRF-VLO)2/(1+K2)2｝-[2·β22·K2·(VRF-VLO)·｛1/(1+K2)2｝×｛(1+K2)·(I000β22)-K2·(VRF-VLO)2｝1/2] ……(39)
在等式(36)和(37)中，其第一項(xiàng)是直流分量。第二和第三項(xiàng)可視為分別與(VRF-VLO)2和(VRF-VLO)成正比的分量。
這里，(VRF-VLO)2可按下式展開;.OJ OFF(VRF-VLO)2＝VRF2+VLO2-2·VRF·VLO……(40)這里，如在第一和第二實(shí)施例中所表示的，當(dāng)射頻信號(hào)電壓VRF用等式(9)表示、而本機(jī)振蕩器信號(hào)電壓VLO用等式(10)表示時(shí)，則兩信號(hào)的乘積VRF·VLO可由公式(11)得到。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，漏極電流ID21和ID22分別包含頻率fRF和fLO之和(fRF+fLO)的分量和兩者之差|fRF-fLO|的分量。
因此，如果漏極電流ID21和ID22之一被轉(zhuǎn)換成電壓，那么經(jīng)過濾波，可以得到具有頻率fRF以及fLO之和(fRF+fLO)分量或之差|fRF-fLO|分量的輸出信號(hào)。這就意味著，圖4所示電路使得射頻信號(hào)VRF的頻率fRF與本機(jī)振蕩器信號(hào)VLO的頻率fLO彼此混合成為可能。
在該實(shí)施例中，漏極電流ID22被轉(zhuǎn)化為電壓以得到輸出電壓VOUT，但并不限于此，可以在場(chǎng)效應(yīng)管M21的漏極和電源24之間設(shè)置負(fù)載電阻RL，進(jìn)而將漏極電流ID21轉(zhuǎn)化為電壓。此外，可以采用一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管或類似元件作為動(dòng)態(tài)負(fù)載來(lái)代替負(fù)載電阻RL。這就是說，只要可以將漏極電流ID21或ID22轉(zhuǎn)化為電壓以便得到一個(gè)輸出電壓，就可以采用任何形式的負(fù)載。
如上所述，按照該實(shí)施例，在構(gòu)成差分對(duì)的雙柵極場(chǎng)效應(yīng)管M21和M22的第一柵極分別施加不同的直流偏壓，結(jié)果是，場(chǎng)效應(yīng)管M21和M22各自的互導(dǎo)系數(shù)β21和β22彼此不同，進(jìn)而獲得具有平方特性的漏極電流。因此，即使在本機(jī)振蕩器信號(hào)值很小的情況下，也可以進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
按照上述各實(shí)施例，每一個(gè)混頻器電路都使用了N-通道MOS場(chǎng)效應(yīng)管，但不限于此，為此還可以采用具有任何通道極性的場(chǎng)效應(yīng)管，也可以采用除MOS型外的其它任何類型的場(chǎng)效應(yīng)管。例如，可以采用金屬半導(dǎo)體(MES)場(chǎng)效應(yīng)管或異結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管，例如高電子遷移率晶體管(HEMT)。此外，不僅可以采用由元素半導(dǎo)體(例如硅)構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)管，而且還可以采用由化合物半導(dǎo)體(例如砷化鎵GaAs)構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)管。
權(quán)利要求
1.一種混頻器電路，它包括一個(gè)由工作特性彼此不同、且源極共接的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的差分對(duì)；所說的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管在其柵極上施加有一個(gè)第一交流信號(hào)；以及所說的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管在其柵極上施加有一個(gè)第二交流信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的混頻器電路，其特征在于輸出信號(hào)是通過將所述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管之一的漏極電流轉(zhuǎn)化為電壓而提取出來(lái)的。
3.如權(quán)利要求1所述的混頻器電路，其特征在于所說的第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的互導(dǎo)系數(shù)彼此互不相同。
4.如權(quán)利要求3所述的混頻器電路，其特征在于所說的第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾電壓彼此互不相同。
5.一種混頻器電路，它包括一個(gè)由源極共接在一個(gè)第一電流源上的一個(gè)第一雙柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管和第二雙柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的第一差分對(duì);一個(gè)由源極共接在一個(gè)第二電流源上的一個(gè)第三雙柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管和第四雙柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的第二差分對(duì);所說的第一和第三場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自的漏極彼此相連，而第二第四場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自的漏極彼此相連;以及所說第一和第三場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自的第一柵極加有一個(gè)第一直流電壓，而所說第二和第四場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自的第一柵極加有一個(gè)電壓值與所說的第一直流電壓不同的第二直流電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的混頻器電路，其特征在于輸出信號(hào)是通過將所說第一和第三場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極電流之和與所說第二和第四場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極電流之和中的一個(gè)轉(zhuǎn)換為電壓來(lái)提取的。
7.如權(quán)利要求5所述的混頻器電路，其特征在于所說的第一和第三場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作特性彼此相同，而所說的第二和第四場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作特性彼此相同。
8.如權(quán)利要求7所述的混頻器電路，其特征在于所說的第一和第三場(chǎng)效應(yīng)晶體管的互導(dǎo)系數(shù)彼此相同，而所說的第二和第四場(chǎng)效應(yīng)晶體管的互導(dǎo)系數(shù)彼此相同。
9.如權(quán)利要求8所述的混頻器電路，其特征在于所說第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自的互導(dǎo)系數(shù)之比與所說第三和第四場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自的互導(dǎo)系數(shù)之比是彼此相同的。
10.一種混頻器電路，它包括構(gòu)成一個(gè)差分對(duì)的一個(gè)第一雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一個(gè)第二雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管;所說第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管各自的源極共接在一個(gè)電流源上并由該電流源所驅(qū)動(dòng);所說第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極加有一個(gè)第一交流信號(hào)，而其第二柵極加有一個(gè)第一直流電壓;以及所說第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一柵極加有一個(gè)第二交流信號(hào)，而其第二柵極加有一個(gè)電壓值與所說第一直流電壓不同的第二直流電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的混頻器電路，其特征在于輸出信號(hào)是通過將所說第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管之一的漏極電流轉(zhuǎn)換成電壓來(lái)提取的。
全文摘要
一種具有由工作特性或互導(dǎo)系數(shù)不同且共源極的第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)構(gòu)成的差分對(duì)的混頻器電路。該二場(chǎng)效應(yīng)管被恒流源驅(qū)動(dòng)。在該第一管的柵極加有射頻信號(hào)，而在該第二管的柵極加有本機(jī)振蕩器信號(hào)。輸出信號(hào)是把第一或第二管的漏極電流轉(zhuǎn)換成電壓來(lái)提取的。在第一和第二管上都可獲得這種具有平方特性的漏極電流，因此即使在本機(jī)振蕩器信號(hào)值小于幾伏電壓的情況下，電路都可運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
文檔編號(hào)H03D7/14GK1078582SQ9310172
公開日1993年11月17日 申請(qǐng)日期1993年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月14日
發(fā)明者木村克治 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社