專利名稱：上變頻混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信收發(fā)技術(shù)，尤其涉及一種應(yīng)用于無(wú)線收發(fā)機(jī)的上變頻混頻器。
背景技術(shù)：
隨著集成電路工藝技術(shù)的快速發(fā)展，給無(wú)線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)高度集成提供了可能。同時(shí)，通 信系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和消費(fèi)市場(chǎng)的需求都集中在高數(shù)據(jù)傳輸速率的通信。這就需要使用64QAM (Quadrature Amplitude Modulation,正交調(diào)幅)、256QAM甚至1024QAM的調(diào)制。這些調(diào)制 技術(shù)都要求進(jìn)行射頻信號(hào)傳輸?shù)氖瞻l(fā)機(jī)有很高的線性度。目前，集成的發(fā)射機(jī)電路中，通常 采用吉爾伯特(Gilbert)結(jié)構(gòu)的混頻器結(jié)構(gòu)，如圖1所示。它由NM0S晶體管M1—M6，電感 L1一L2，電流沉I0組成?；鶐л斎胄盘?hào)Vin+和Vin-分別輸入到晶體管Ml和M2的柵端，晶 體管Ml和M2的源端相連并且連接到電流沉10的一端，電流沉10的另一端連接地電位GND。 Ml的漏端與M3和M4的源端相連，M2的漏端與M5和M6的源端相連。M3和M6的柵端連接差 分本振輸入信號(hào)Vlo-; M4和M5的柵端連接差分本振輸入信號(hào)Vlo+。 M3的漏端、M5的漏端 和電感L1的一端連接到上混頻器的差分輸出端Vout+， M4的漏端、M6的漏端和電感L2的一 端連接到上混頻器的差分輸出端Vout-。電感L1和L2的另一端連接到電源電壓VDD。但是， 利用圖1的混頻器結(jié)構(gòu)，要獲得很高的線性度有一定的困難，因?yàn)閳D1的電路中的M0S晶體 管器件是非線性器件，只有在小信號(hào)時(shí)可以線性工作，如果信號(hào)增大將產(chǎn)生失真和非線性。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種上變頻混頻器，本發(fā)明能夠用于低電源電壓 的情況下，同時(shí)獲得很高的線性度。本發(fā)明具體是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種上變頻混頻器，包括四個(gè)晶體管、兩個(gè)電感；第一電感連接到電源電壓和混頻器 的差分輸出端正極之間，第二電感連接到電源電壓和混頻器的差分輸出端負(fù)極之間；第一晶 體管的柵端連接本振輸入信號(hào)負(fù)極，其漏端連接差分輸出端正極；第二晶體管的柵端連接本 振輸入信號(hào)正極，其漏端連接差分輸出端負(fù)極；第三晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)正極， 其漏端連接差分輸出端正極；第四晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)負(fù)極，其漏端連接差分輸 出端負(fù)極；第一晶體管的源端和第二晶體管的源端相連，第三晶體管的源端和第四晶體管的 源端相連；還包括一個(gè)電壓到電流轉(zhuǎn)換電路，用于將輸入的基帶電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)； 所述電壓到電流轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換成的基帶電流輸入信號(hào)通過(guò)折疊級(jí)聯(lián)的方式分別連接到第一 晶體管和第二晶體管的源端以及第三晶體管和第四晶體管的源端。
按上述方案，所述電壓到電流轉(zhuǎn)換電路包括四個(gè)電流源、四個(gè)晶體管；第一電流源、第 二電流源分別連接到電源電壓和第三電壓節(jié)點(diǎn)、第四電壓節(jié)點(diǎn)之間；第七晶體管的柵端連接 到第三電壓節(jié)點(diǎn)，其源端和漏端分別連接到電源電壓和第一電壓節(jié)點(diǎn)上；第八晶體管的柵端 連接到第四電壓節(jié)點(diǎn)，其源端和漏端分別連接到電源電壓和第二電壓節(jié)點(diǎn)上；第五晶體管的 柵端連接到基帶電壓輸入信號(hào)正極上，其源端和漏端分別連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)和第三電壓節(jié) 點(diǎn)上；第六晶體管的柵端連接到基帶電壓輸入信號(hào)負(fù)極上，其源端和漏端分別連接到第二電 壓節(jié)點(diǎn)和第四電壓節(jié)點(diǎn)上；第三電流源、第四電流源分別連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)、第二電壓節(jié) 點(diǎn)和地電位之間；第一晶體管和第二晶體管的源端連接到第二電壓節(jié)點(diǎn)；第三晶體管和第四 晶體管的源端連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)。
按上述方案，還包括兩個(gè)電阻，用于抑制本振輸入信號(hào)對(duì)基帶輸入信號(hào)的非線性影響； 第一電阻連接到第一晶體管和第二晶體管的源端與第二電壓節(jié)點(diǎn)之間，第二電阻連接到第三 晶體管和第四晶體管的源端與第一電壓節(jié)點(diǎn)之間。
按上述方案，所述四個(gè)電流源通過(guò)晶體管連接偏置電壓的方式實(shí)現(xiàn)。 按上述方案，第九晶體管的柵端連接到第一偏置電壓，其源端和漏端分別連接到電源電 壓和第三電壓節(jié)點(diǎn)之間；第十晶體管的柵端連接到第一偏置電壓，其源端和漏端分別連接到電源電壓和第四電壓節(jié)點(diǎn)之間；第十一晶體管的柵端連接到第二偏置電壓，其源端和漏端分 別連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)和地電位之間；第十二晶體管的柵端連接到第二偏置電壓，其源端和 漏端分別連接到第二電壓節(jié)點(diǎn)和地電位之間。
由于采用了上述方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
利用圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖，電源電壓為1.8V情況下，當(dāng)基帶模擬的 雙頻輸入信號(hào)Vin+、Vin-的頻率為8MHz和12MHz，幅度為差分峰-峰值400mV;本振信號(hào)Vo+、 Vlo-的頻率為2.5GHz，幅度為差分峰-峰值1V時(shí)。獲得上變頻以后的輸出信號(hào)的線性度測(cè)試 曲線如圖5所示?；祛l后的雙頻輸出信號(hào)的頻率在本振信號(hào)的上邊帶的信號(hào)頻譜為2. 508GHz 和2. 512GHz，其三階交調(diào)的輸出頻率分別為2. 504GHz和2. 516GHz;在本振信號(hào)的下邊帶的 信號(hào)頻譜為2. 492GHz和2. 488GHz，其三階交調(diào)的輸出頻率分別為2. 484GHz和2. 496GHz。從 圖5中可以知道，本發(fā)明獲得的三階交調(diào)的線性度達(dá)到一75dB以上，而普通的吉爾伯特上變 頻混頻器的三階交調(diào)線性度只是在一50dB左右。
利用圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖，電源電壓為1.8V情況下，當(dāng)基帶模擬的 雙頻輸入信號(hào)Vin+、Vin-的頻率為8MHz和12MHz，幅度為差分峰-峰值1000mV;本振信號(hào)Vlo+、 Vlo-的頻率為2. 5GHz，幅度為差分峰-峰值lV時(shí)。獲得上變頻以后的輸出信號(hào)的線性度測(cè)試 曲線如圖6所示?；祛l后的雙頻輸出信號(hào)的頻率在本振信號(hào)的上邊帶的信號(hào)頻譜為2.508GHz 和2. 512GHz，其三階交調(diào)的輸出頻率分別為2. 504GHz和2. 516GHz;在本振信號(hào)的下邊帶的 信號(hào)頻譜為2. 492GHz和2. 488GHz，其三階交調(diào)的輸出頻率分別為2. 484GHz和2. 496GHz。從 圖6中可以知道，本發(fā)明獲得的三階交調(diào)的線性度達(dá)到一65dB以上，而普通的吉爾伯特上變 頻混頻器的三階交調(diào)線性度只是在一50dB左右。


圖1是典型的吉爾伯特上變頻混頻器的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是在圖3基礎(chǔ)上另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)圖5是基帶模擬輸入信號(hào)幅度為差分峰-峰值400mV時(shí)，利用圖4所示電路獲得的線性度 測(cè)試曲線；
圖6是基帶模擬輸入信號(hào)幅度為差分峰-峰值lOOOmV時(shí)，利用圖4所示電路獲得的線性 度測(cè)試曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步的說(shuō)明
本發(fā)明的主要原理是通過(guò)首先對(duì)輸入的基帶模擬電壓信號(hào)通過(guò)高線性的電壓到電流轉(zhuǎn)換 電路轉(zhuǎn)換為電流，然后再通過(guò)折疊級(jí)聯(lián)的方式與吉爾伯特型混頻器連接實(shí)現(xiàn)高線性的上變頻 混頻器。
本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。由電流源I0_I3、 NM0S晶體管M1—M2和PM0S晶體管 M7—M8實(shí)現(xiàn)輸入差分電壓(Vin+， Vin-)從電壓輸入到電流輸出的轉(zhuǎn)換；與晶體管M3 — M6 以及電感L1和L2組成本發(fā)明的高線性上變頻混頻器。其連接結(jié)構(gòu)如下電流源I0和I1分 別連接到電源電壓VDD和電壓節(jié)點(diǎn)VC和VD之間；M7的柵端連接到電壓節(jié)點(diǎn)VC，其源端和漏 端分別連接到電源電壓VDD和電壓節(jié)點(diǎn)VA上；M8的柵端連接到電壓節(jié)點(diǎn)VD，其源端和漏端 分別連接到電源電壓VDD和電壓節(jié)點(diǎn)VB上；Ml的柵端連接到差分基帶輸入信號(hào)Vin+上，其 源端和漏端分別連接到電壓節(jié)點(diǎn)VA和電壓節(jié)點(diǎn)VC上。M2的柵端連接到差分基帶模擬輸入信 號(hào)Vin-上，其源端和漏端分別連接到電壓節(jié)點(diǎn)VB和電壓節(jié)點(diǎn)VD上。電流源12和13分別連 接到電壓節(jié)點(diǎn)VA、電壓節(jié)點(diǎn)VB和地電位GND之間。電感Ll連接到電源電壓VDD和Vout+之 間；電感L2連接到電源電壓VDD和Vout-之間。M3的柵端連接差分本振輸入信號(hào)的Vlo-， 其源端和漏端分別連接電壓節(jié)點(diǎn)VB和輸出端Vout+。M4的柵端連接差分本振輸入信號(hào)的Vlo+; 其源端和漏端分別連接電壓節(jié)點(diǎn)VB和輸出端Vout-。M5的柵端連接差分本振輸入信號(hào)的Vlo+， 其源端和漏端分別連接電壓節(jié)點(diǎn)VA和輸出端V0ut+。M6的柵端連接差分本振輸入信號(hào)的Vlo-， 其源端和漏端分別連接電壓節(jié)點(diǎn)VA和輸出端V0ut-。為了進(jìn)一步提高性能，可以在圖2所示電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)電阻以提高線性度， 如圖3所示。通過(guò)增加電阻Rl和R2，可以抑制差分本振輸入信號(hào)Vlo+和Vlo-對(duì)基帶輸入信 號(hào)非線性影響。電阻R1連接到電壓節(jié)點(diǎn)VB和晶體管M3、 M4的源端。電阻R2連接到電壓節(jié) 點(diǎn)VA和晶體管M5、 M6的源端。
圖4所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例，相比于圖3，電流源10—13通過(guò)分別用晶體管M9—M12 來(lái)替換實(shí)現(xiàn)，也即用偏置在飽和區(qū)的晶體管M9 — 12來(lái)實(shí)現(xiàn)電流源(或電流沉)10—13。這里， 電流源10—I3也可以通過(guò)其他的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如級(jí)聯(lián)(cascode)的晶體管實(shí)現(xiàn)的電流源等。 晶體管M9的柵端連接到偏置電壓Vbiasl,其源端和漏端分別連接到電源電壓VDD和電壓節(jié) 點(diǎn)VC之間。晶體管M10的柵端連接到偏置電壓Vbiasl，其源端和漏端分別連接到電源電壓 VDD和電壓節(jié)點(diǎn)VD之間。晶體管Mll的柵端連接到偏置電壓Vbias2，其源端和漏端分別連接 到電壓節(jié)點(diǎn)VA和地電位GND之間。晶體管M12的柵端連接到偏置電壓Vbias2,其源端和漏 端分別連接到電壓節(jié)點(diǎn)VB和地電位GND之間。
權(quán)利要求
1、一種上變頻混頻器，包括四個(gè)晶體管、兩個(gè)電感；第一電感連接到電源電壓和混頻器的差分輸出端正極之間，第二電感連接到電源電壓和混頻器的差分輸出端負(fù)極之間；第一晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)負(fù)極，其漏端連接差分輸出端正極；第二晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)正極，其漏端連接差分輸出端負(fù)極；第三晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)正極，其漏端連接差分輸出端正極；第四晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)負(fù)極，其漏端連接差分輸出端負(fù)極；第一晶體管的源端和第二晶體管的源端相連，第三晶體管的源端和第四晶體管的源端相連；其特征在于，還包括一個(gè)電壓到電流轉(zhuǎn)換電路，用于將輸入的基帶電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；所述電壓到電流轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換成的基帶電流輸入信號(hào)通過(guò)折疊級(jí)聯(lián)的方式分別連接到第一晶體管和第二晶體管的源端以及第三晶體管和第四晶體管的源端。
2、 如權(quán)利要求1所述的上變頻混頻器，其特征在于，所述電壓到電流轉(zhuǎn)換電路包括四個(gè) 電流源、四個(gè)晶體管；第一電流源、第二電流源分別連接到電源電壓和第三電壓節(jié)點(diǎn)、第四 電壓節(jié)點(diǎn)之間；第七晶體管的柵端連接到第三電壓節(jié)點(diǎn)，其源端和漏端分別連接到電源電壓 和第一電壓節(jié)點(diǎn)上；第八晶體管的柵端連接到第四電壓節(jié)點(diǎn)，其源端和漏端分別連接到電源 電壓和第二電壓節(jié)點(diǎn)上；第五晶體管的柵端連接到基帶電壓輸入信號(hào)正極上，其源端和漏端 分別連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)和第三電壓節(jié)點(diǎn)上；第六晶體管的柵端連接到基帶電壓輸入信號(hào)負(fù) 極上，其源端和漏端分別連接到第二電壓節(jié)點(diǎn)和第四電壓節(jié)點(diǎn)上；第三電流源、第四電流源 分別連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)、第二電壓節(jié)點(diǎn)和地電位之間；第一晶體管和第二晶體管的源端連 接到第二電壓節(jié)點(diǎn)；第三晶體管和第四晶體管的源端連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)。
3、 如權(quán)利要求2所述的上變頻混頻器，其特征在于，還包括兩個(gè)電阻，用于抑制本振輸 入信號(hào)對(duì)基帶輸入信號(hào)的非線性影響；第一電阻連接到第一晶體管和第二晶體管的源端與第 二電壓節(jié)點(diǎn)之間，第二電阻連接到第三晶體管和第四晶體管的源端與第一電壓節(jié)點(diǎn)之間。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的上變頻混頻器，其特征在于，所述四個(gè)電流源通過(guò)晶體管連 接偏置電壓的方式實(shí)現(xiàn)。
5、 如權(quán)利要求4所述的上變頻混頻器，其特征在于，第九晶體管的柵端連接到第一偏置 電壓，其源端和漏端分別連接到電源電壓和第三電壓節(jié)點(diǎn)之間；第十晶體管的柵端連接到第 一偏置電壓，其源端和漏端分別連接到電源電壓和第四電壓節(jié)點(diǎn)之間；第十一晶體管的柵端 連接到第二偏置電壓，其源端和漏端分別連接到第一電壓節(jié)點(diǎn)和地電位之間；第十二晶體管的柵端連接到第二偏置電壓，其源端和漏端分別連接到第二電壓節(jié)點(diǎn)和地電位之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種上變頻混頻器，包括四個(gè)晶體管、兩個(gè)電感；第一電感連接到電源電壓和混頻器的輸出端正極之間，第二電感連接到電源電壓和混頻器的輸出端負(fù)極之間；第一晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)負(fù)極，其漏端連接輸出端正極；第二晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)正極，其漏端連接輸出端負(fù)極；第三晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)正極，其漏端連接輸出端正極；第四晶體管的柵端連接本振輸入信號(hào)負(fù)極，其漏端連接輸出端負(fù)極；還包括一個(gè)電壓到電流轉(zhuǎn)換電路，將轉(zhuǎn)換成的基帶電流輸入信號(hào)通過(guò)折疊級(jí)聯(lián)的方式分別連接到第一晶體管和第二晶體管的源端以及第三晶體管和第四晶體管的源端。本發(fā)明用于低電源電壓的情況下，獲得了很高的線性度。
文檔編號(hào)H03D7/12GK101295963SQ20071009881
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者吳南健, 壽國(guó)梁, 王海永 申請(qǐng)人:北京六合萬(wàn)通微電子技術(shù)有限公司