一種低壓低功耗有源混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了射頻前端中的混頻器，尤其是低壓低功耗的有源混頻器，采用CMOS工藝，在低壓數(shù)?；旌想娐分芯哂休^大的優(yōu)勢(shì)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)混頻器相比，在低電壓工作時(shí)具有較低的功耗，屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]隨著CMOS集成電路工藝技術(shù)的進(jìn)步，M0S管的尺寸越來(lái)越小，工作頻率也越來(lái)越高，CMOS工藝已經(jīng)能夠制造幾個(gè)GHz甚至十幾GHz的射頻電路。另一方面，CMOS工藝特別適合制造低功耗的數(shù)字電路，因此，射頻電路和數(shù)字電路往往集成在單片芯片中，形成S0C(system on chip)的設(shè)計(jì)方案。隨著M0S管尺寸的減小，其耐壓能力也越來(lái)越低，另一方面，從降低功耗的角度來(lái)講，低電壓工作也是未來(lái)芯片設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，最新的45nm工藝的電源電壓已經(jīng)降低到1.2V甚至更低。
[0004]對(duì)數(shù)字電路來(lái)講，較低的電源電壓可以降低擺幅、提高速度并降低功耗，但是對(duì)于射頻和模擬電路來(lái)講，較低的電源電壓并沒有明顯的優(yōu)勢(shì)，反而導(dǎo)致了電壓擺幅的降低、動(dòng)態(tài)范圍的降低、工作狀態(tài)的改變等一系列問(wèn)題?；祛l器作為射頻前端的重要模塊，承擔(dān)著射頻信號(hào)和中頻信號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換的任務(wù)，其性能也受到了電壓降低的影響。
[0005]傳統(tǒng)的有源混頻器(單平衡結(jié)構(gòu))如圖1所示，如上所述，隨著電源電壓VDD的降低，圖1中作為負(fù)載電阻的R1和R2會(huì)消耗一定的靜態(tài)電流，從而產(chǎn)生一定的靜態(tài)壓降，這樣作為開關(guān)管的N1和N2以及作為射頻信號(hào)輸入管的N0的工作電壓就會(huì)被壓縮。如果電源電壓很低，那么上述三個(gè)管子很容易由于電壓裕度不夠而偏離正常工作狀態(tài)。
[0006]圖1還有一個(gè)缺點(diǎn)就是，根據(jù)混頻器的傳輸函數(shù)公式:
[0007]V_IF= Hgm!]_0*Rl*Vrf*sgn (cos ω—LO t) (1)
[0008]想要提高射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的增益，要么增大電阻Rl，要么提高NO管的gmO，前者會(huì)進(jìn)一步壓縮工作電壓，后者會(huì)明顯的增加功耗，都會(huì)給設(shè)計(jì)帶來(lái)難度。
[0009]公式(1)中的sgn (cos ω—LO t) =4/ n (cosco_LO t) -1/3 cos H3 ω 2_L0 t+1/5cos H5 ω 2_L0 t+，
[0010]該表達(dá)式必須在本振信號(hào)Vlop和Vlon為理想的大擺幅方波的情況下才成立，也就是說(shuō)，
[0011]N1和N2必須工作在開關(guān)狀態(tài)，否則增益會(huì)明顯的降低，甚至工作不正常。但是，隨著射頻頻率的提高，各種寄生電容的存在會(huì)嚴(yán)重改變本信號(hào)的波形，使得方波很難存在，而傾向于被低通濾波近似成為正弦波；另外大擺幅信號(hào)意味著較大的功耗，對(duì)于降低功耗不利。
[0012]
[0013]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)有源混頻器技術(shù)的不足，提出了一種低壓低功耗的有源混頻器，可以工作在較低的電源電壓下，對(duì)本振信號(hào)幅度要求不高，并且能夠獲得較高的增益。具體技術(shù)方案如下:
[0015]一種低壓低功耗有源混頻器，包括RF輸入信號(hào)(Vrf)的交流耦合電容C0，直流偏置電阻R0，射頻輸入NM0S管N1及其直流偏置管N0 ;所述射頻輸入管N1的柵極和所述直流偏置管N0的柵極通過(guò)直流偏置電阻R0相連，并且所述N0管的柵極和其自身的漏極相連；所述射頻輸入管N1的漏極與兩個(gè)負(fù)載NM0S管N2和N3的源極相連，所述負(fù)載管N2的漏極與負(fù)載PM0S管P2的漏極相連，所述負(fù)載管N3的漏極與負(fù)載PM0S管P3的漏極相連。其特征在于:中頻輸出信號(hào)Vifn從所述兩個(gè)負(fù)載管N2和P2相連的節(jié)點(diǎn)引出，中頻輸出信號(hào)Vifp從所述兩個(gè)負(fù)載管N3和P3相連的節(jié)點(diǎn)引出。
[0016]所述的低壓低功耗有源混頻器，其特征在于:所述負(fù)載管N2和P2的柵極分別通過(guò)電容C2和C3與正本振信號(hào)Vlop相連；所述負(fù)載管N3和P3的柵極分別通過(guò)電容C4和C5與負(fù)本振信號(hào)Vlon相連。
[0017]所述的低壓低功耗有源混頻器，其特征在于:所述負(fù)載管P2和P3的柵極的直流電壓都是由直流偏置管P0提供的，所述P0管的柵極和漏極相連，并通過(guò)偏置電流源12提供工作電流，所述直流偏置電壓通過(guò)電阻R3和R5分別接到負(fù)載管P2和P3的柵極。所述負(fù)載管N2和N3的柵極的直流電壓由所述N0管上串聯(lián)一個(gè)電阻R1提供，所述電阻R1的上端電壓作為直流偏置電壓，比所述N0管的柵電壓略高，這個(gè)電壓通過(guò)電阻R2和R4連接到所述N2和N3管的柵極。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果:
[0019]1、采用工作在線性區(qū)的PM0S管代替?zhèn)鹘y(tǒng)混頻器中的電阻，不消耗靜態(tài)電壓，適合在低電壓下工作。
[0020]2、采用工作在線性區(qū)的NM0S管來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)混頻器中的開關(guān)，可以明顯降低對(duì)本振信號(hào)的幅度和波形的要求，從而降低本振電路的功耗。
[0021]3、所采用的M0S負(fù)載電阻是可變電阻，在很低的功耗下，可以得到較大的電壓擺幅。
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【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為傳統(tǒng)的單平衡有源混頻器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0025]圖2為本發(fā)明低壓低功耗有源混頻器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0026]圖3為本發(fā)明低壓低功耗有源混頻器的簡(jiǎn)化模型圖。
[0027]圖4為本發(fā)明低壓低功耗有源混頻器的另一種實(shí)施的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0028]
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【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明的低壓低功耗混頻器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示，與圖1所示的傳統(tǒng)單平衡有源混頻器相比，有相似之處，也有不同之處。
[0032]相似之處在于，射頻信號(hào)Vrf都是通過(guò)交流耦合連接到一個(gè)NM0S管的柵極，通過(guò)該NM0S管的跨導(dǎo)gm將射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻電流信號(hào)；還有一點(diǎn)相似之處在于，所述射頻電流信號(hào)都連接到兩個(gè)NM0S管上(圖1的Nl、N2和圖2的N2、N3)，并且這兩個(gè)NM0S管的柵極都分別連接到正負(fù)本振信號(hào)Vlop和Vlon之上。
[0033]但是，所述兩個(gè)NM0S管在本發(fā)明中的作用和傳統(tǒng)單平衡混頻器中的作用完全不同，在傳統(tǒng)單平衡混頻器(圖1)中，N1和N2是作為開關(guān)管工作的，其柵極所連接的本振信號(hào)Vlop和Vlon必須是擺幅較大的方波信號(hào)，使得射頻電流信號(hào)周期性的分別流過(guò)N1或者N2。而在本發(fā)明(圖2)中，N2和N3不是作為開關(guān)工作的，其柵端的直流電壓通過(guò)R1電阻偏置到一個(gè)合理的電位，使其工作在線性電阻區(qū)，而本振信號(hào)Vlop和Vlon通過(guò)交流耦合在較高的頻率改變其柵端電壓，使其成為壓控電阻。
[0034]本發(fā)明和傳統(tǒng)單平衡有源混頻器的一個(gè)明顯的不同之處是，傳統(tǒng)混頻器的兩個(gè)開關(guān)管上連接了兩個(gè)對(duì)電源的電阻R1和R2，作為射頻電流的負(fù)載，將射頻電流轉(zhuǎn)換為中頻的電壓，而本發(fā)明中，與所述兩個(gè)電阻對(duì)應(yīng)的位置更換為兩個(gè)PM0S管P2和P3，并且這兩個(gè)PM0S管通過(guò)