專利名稱：混頻器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種混頻器，特別涉及一種將高頻輸入信號轉(zhuǎn)換為低頻輸出信號的混頻器。
背景技術(shù)：
在微波通信技術(shù)中，因為收發(fā)器中的射頻信號(Radio Frequency，RF)在處理上較為困難，故多會將接收到的射頻信號調(diào)制降頻到基頻信號，以方便后續(xù)的信號處理。
目前大部份的做法是，在收發(fā)器中的射頻前端電路(RF Front-End)中加入一個混頻器，利用混頻器將射頻信號與本地振蕩信號做混合調(diào)制，以產(chǎn)生新的中間信號。此外，混頻器亦控制收發(fā)電路的噪聲指數(shù)(Noise Figure)、隔離度(Isolation)、1dB壓縮點(1dB Compression Point)及第三階交互調(diào)制點(IP3)等重要參數(shù)，故混頻器在收發(fā)器中占有十分重要地位。目前，混頻器被廣泛地應用于手機的芯片中的射頻電路。
就現(xiàn)有技術(shù)的混頻器而言，主動式混頻器為現(xiàn)今常見的混頻器類型，而雙平衡混頻器(double balanced mixer)，又稱吉爾伯特混頻器(Gilbert-Cellmixer)，則為主動式混頻器中，最常使用的一種混頻器。
請參照圖1所示，吉爾伯特混頻器1包含一BJT差動對電路11、一電流切換電路12以及一負載電路13。其中，BJT差動對電路11及電流切換電路12分別由晶體管Q5、Q6及晶體管Q1至Q4組合而成，BJT差動對電路11接收一外部輸入的高頻的射頻信號對RF+、RF-，而電流切換電路12則具有兩對反相切換子電流切換電路121，并分別接收一本地振蕩信號對LO+、LO-。
在此，吉爾伯特混頻器1的動作如下自BJT差動對電路11接收射頻信號對RF+、RF-，并產(chǎn)生一射頻電流信號對IR+、IR+輸出，而電流切換電路12接收射頻電流信號對IR+、IR+及本地振蕩信號對LO+、LO-，并利用電流切換電路12中的兩對反相切換子電流切換電路121，將射頻電流信號對IR+、IR+及本地振蕩信號對LO+、LO-混頻，再經(jīng)由交叉耦合，在負載電路13輸出一基頻電流信號對IF+、IF-輸出。
由于驅(qū)動吉爾伯特混頻器1時需提供較大的電流，故當提供電流I流經(jīng)負載電路13時，供應電源Vdd提供給BJT差動對電路11及電流切換電路12的電壓V’(V’＝Vdd-V)，則為供應電源Vdd減去負載電路13的電壓V(V＝I×RL)。倘若供應電源Vdd的剩下電壓V’過小，則影響到BJT差動對電路11及電流切換電路12的晶體管的操作區(qū)，使基頻電流信號對IF+、IF-受到負載電路13的影響反而比受到射頻信號對RF+、RF-的影響還大，造成死區(qū)(deadzone)的現(xiàn)象產(chǎn)生。
此外，基頻電流信號對IF+、IF-受限于負載電路13的電壓值的范圍大小，使基頻電流信號對IF+、IF-的操作范圍小，并以非線性輸出；而又因吉爾伯特混頻器1需使用較大的提供電流I，故造成功率消耗嚴重。
如何提供一種可降低功率消耗，并具有線性且變動范圍較大的輸出信號的混頻器，實屬當前重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述課題，本發(fā)明的目的為提供一種可降低消耗功率，并具有線性且變動范圍較大的輸出信號的混頻器。
本發(fā)明提出一種混頻器，包含一混合電路、一復制電路、一高阻抗電路以及一負載電路。混合電路接收一第一輸入信號對與一第二輸入信號對，并混合第一輸入信號對與第二輸入信號對以輸出一混合信號對，而復制電路則與混合電路電性連接以接收混合信號對，并復制混合信號對以輸出一復制信號對，高阻抗電路與混合電路以及復制電路電性連接以引導混合信號對輸入復制電路，而負載電路則與復制電路電性連接以接收復制信號對，并依據(jù)復制信號對輸出一輸出信號對。
承上所述，因依據(jù)本發(fā)明的一種混頻器，是利用混合電路將高頻的第一輸入信號對及高頻的第二輸入信號對混合輸出低頻混合信號對，又使復制電路將混合信號對復制為復制信號對，再經(jīng)由負載電路輸出一輸出信號對。與現(xiàn)有技術(shù)相較，利用復制電路將混合電路及負載電路相互隔開，可使負載電路對輸出信號對的影響減低，且輸出信號對的變動范圍則隨著第一輸入信號對的影響而改變；或利用高阻抗電路，將混合信號對的直流及交流成份分流，使得混合信號對中大信號的直流成份通過高阻抗電路，僅使混合信號對中小信號的交流成份送出到復制電路，此種方式，不但可使輸出信號對僅受到第一輸入信號對的影響，且輸出為小信號值，更可使輸出信號對達到線性且變動范圍大的功效，而避免死區(qū)現(xiàn)象；另外，又可藉由調(diào)整復制電路的電流鏡的晶體管的溝道區(qū)比例，使復制后的復制信號的電流值變小，而減低功率消耗。


圖1為顯示現(xiàn)有的吉爾伯特混頻器的示意圖；圖2為顯示依本發(fā)明第一實施例的混頻器；圖3為顯示依本發(fā)明第二實施例的混頻器；以及圖4為顯示依本發(fā)明第三實施例的混頻器。
附圖符號說明1 吉爾伯特混頻器11 BJT差動對電路12 電流切換電路121 子電流切換電路13 負載電路2 混頻器21 混合電路211 第一差動輸入端212 第二差動輸入端213 差動輸出端22 復制電路221 電流鏡222 電流鏡223 電流鏡23 負載電路24 反饋電路25 高阻抗電路I 提供電流IC1、IC2 電流源
IF+、IF- 基頻電流信號對IR+、IR- 射頻電流信號對LO+、LO- 本地振蕩信號對R 電阻R1 第一電阻R2 第二電阻RF+、RF- 射頻信號對VDD 電壓源Vdd供應電源V’ 電壓V1+、V1- 第一輸入信號對V2+、V2- 第二輸入信號對I1+、I1- 混合信號對I2+、I2- 混合信號對I3+、I3- 混合信號對I1’+、I1’- 復制信號對I2’+、I2’- 復制信號對I3’+、I3’- 復制信號對Vo+、Vo- 輸出信號對Q1-Q10 晶體管具體實施方式
以下將參照相關(guān)圖式，說明依本發(fā)明較佳實施例的混頻器，其中，相同的組件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖2所示，本發(fā)明第一實施例的混頻器2包含一混合電路21、一復制電路22以及一負載電路23。其中，本實施例的混頻器2可為一直接降頻混頻器。
本實施例的混合電路21包含一第一差動輸入端211、一第二差動輸入端212與一差動輸出端213，而第一差動輸入端211與第二差動輸入端212分別接收一第一輸入信號對V1+、V1-與一第二輸入信號對V2+、V2-，而混合電路21則混合第一輸入信號對V1+、V1-與第二輸入信號對V2+、V2-，以輸出一混合信號對I1+、I1-于差動輸出端213，其中，第一輸入信號對V1+、V1-及第二輸入信號對V2+、V2-是高頻信號，而混合信號對I1+、I1-是一低頻信號。
另外，復制電路22分別與混合電路21及一電壓源VDD電性連接，而復制電路22則包含二電流鏡221，二電流鏡221電性連接差動輸出端213，以接收混合信號對I1+、I1-，并復制混合信號對I1+、I1-以輸出一復制信號對I1’+、I1’-。其中，混合信號對I1+、I1-與復制信號對I1’+、I1’-是差動電流。另外，電壓源VDD則經(jīng)由復制電路22分別驅(qū)動混合電路21以及負載電路23。
再者，負載電路23包含一電阻R，此電阻R可分為一第一電阻R1與一第二電阻R2，第一電阻R1與第二電阻R2的一端分別與各電流鏡221電性連接，以接收復制信號對I1’+、I1’-，并依據(jù)復制信號對I1’+、I1’-于第一電阻R1與第二電阻R2與各電流鏡221電性地連接的此端輸出一輸出信號對Vo+、Vo-。另外，第一電阻R1與第二電阻R2的另一端則相互電性連接。其中，輸出信號對Vo+、Vo-是一電壓。
另外，再請參照圖2，本實施例的混頻器2更包含一共模反饋電路24，其電性地連接負載電路23的第一電阻R1與第二電阻R2的另一端，以穩(wěn)定負載電路23輸出的輸出信號對Vo+、Vo-。
請再參照圖2所示，本實施例的混頻器2動作如下混合電路21的第一差動輸入端211自外部接收高頻的第一輸入信號對V1+、V1-，并在第二差動輸入端212接收高頻的第二輸入信號對V2+、V2-，藉由混合電路21將第一輸入信號對V1+、V1-及第二輸入信號對V2+、V2-交叉耦合后，在差動輸出端213輸出低頻的混合信號對I1+、I1-。接著，復制電路22接收混合信號對I1+、I1-，并藉由二電流鏡221復制混合信號對I1+、I1-，以輸出復制信號對I1’+、I1’-，而負載電路23的電阻R(第一電阻R1與一第二電阻R2)則接收復制信號對I1’+、I1’-，并藉由共模反饋電路24，以使負載電路23依據(jù)復制信號對I1’+、I1’-，在電阻R(第一電阻R1與第二電阻R2)與各電流鏡221電性地連接的此端，分別穩(wěn)定而輸出一輸出信號對Vo+、Vo-。
由于本實施例的混頻器2是利用復制電路22的二電流鏡221分別與負載電路23及混合電路21電性地連接，但又使負載電路23與混合電路21隔開，故負載電路23對于混合電路21的影響減低，使輸出信號對Vo+、Vo-受到第一輸入信號對V1+、V1-的影響較大，而具有輸出范圍變動大且線性的特性，進而避免死區(qū)的情形發(fā)生。
另外，請參照圖3所示，本發(fā)明第二實施例的混頻器3包含一混合電路21、一復制電路22以及一負載電路23。其中，混合電路21接收一第一輸入信號對V1+、V1-與第二輸入信號對V2+、V2-，并混合第一輸入信號對V1+、V1-與第二輸入信號對V2+、V2-以輸出一混合信號對I2+、I2-。復制電路22與混合電路21電性連接以接收混合信號對I2+、I2-，并復制混合信號對I2+、I2-以輸出一復制信號對I2’+、I2’-。負載電路23與復制電路22電性地連接以接收復制信號對I2’+、I2’-，并依據(jù)復制信號對I2’+、I2’-輸出一輸出信號對Vo+、Vo-。
本實施例的混頻器3更包含一共模反饋電路24，電性地連接負載電路23以穩(wěn)定負載電路23輸出的輸出信號對Vo+、Vo-。
本實施例中的混合電路21、復制電路22、負載電路23以及共模反饋電路24與上述第一較佳實施例(如圖2所示)的混合電路21、復制電路22、負載電路23以及共模反饋電路24具有相同的構(gòu)成與功能，故在此不再贅述。
本實施例與第一實施例相異之處在于復制電路22中的二電流鏡222，使混合信號對I2+、I2-與復制信號對I2’+、I2’-的電流值相異。由于晶體管的電流大小，可由晶體管的溝道區(qū)的寬長比(W/L)決定，所以為使本實施例的復制電路22的電流值減小，而將電流鏡222中的晶體管Q7的寬長比，設計為晶體管Q9的寬長比的M倍；相同地，電流鏡222的晶體管Q8的寬長比亦設計為晶體管Q10的寬長比的M倍，使流經(jīng)晶體管Q7的電流I2+的值或晶體管Q8的電流I2-的值，復制為流經(jīng)晶體管Q9的電流I2’+的值或晶體管Q10的電流I2’-的值的M倍。亦即，電流I2’+＝I2+/M或電流I2’-＝I2-/M。則當復制電路22復制混合信號對I2+、I2-時，混合信號I2+、I2-經(jīng)由晶體管Q7與晶體管Q8，復制為晶體管Q9與晶體管Q10的復制信號對I2’+、I2’-時，混合信號對I2+、I2-的電流值則為復制信號對I2’+、I2’-的電流值的M倍。
由于本實施例利用復制電路22分別與混合電路21及負載電路23電性連接，俾使混合電路21及負載電路23隔開，且負載電路23對于輸出信號對Vo+、Vo-的影響減小，以避免死區(qū)現(xiàn)象，故輸出信號對Vo+、Vo-的范圍則隨著第一輸入信號對V1+、V1-的范圍而改變，且使輸出信號對Vo+、Vo-具有線性及變動范圍較大的功效。另外，因二電流鏡222的晶體管Q7與Q9或晶體管Q8與Q10的比例相異，使混合信號對I2+、I2-與復制信號對I2’+、I2’-的電流值相異，故在復制后的復制信號對I2’+、I2’-的值減小，而降低了本實施例的混頻器3的功率消耗。
再請參照圖4所示，本發(fā)明第三實施例的混頻器4包含一混合電路21、一復制電路22、一高阻抗電路25、一負載電路23以及一共模電路24。
其中，混合電路21接收一第一輸入信號對V1+、V1-與第二輸入信號對V2+、V2-，并混合第一輸入信號對V1+、V1-與第二輸入信號對V2+、V2-以輸出一混合信號對I3+、I3-；而混合信號對I3+、I3-在實施上是一小信號電流。高阻抗電路25與混合電路21以及復制電路22電性地連接以引導混合信號對I3+、I3-輸入復制電路22。另外，復制電路22與混合電路21電性連接以接收混合信號對I3+、I3-，并復制混合信號對I3+、I3-以輸出一復制信號對I3’+、I3’-。
在本實施例中，由于混合信號對I3+、I3-皆為小信號電流，故復制電路22所復制輸出的復制信號對I3’+、I3’-，亦為一小信號電流。此外，復制電路22的二電流鏡223分別具有的晶體管Q7、Q8，在實施上分別為一低阻抗的二極管形式晶體管(diode-connected transistor)。
再者，負載電路23與復制電路22電性地連接以接收復制信號對I3’+、I3’-，并依據(jù)復制信號對I3’+、I3’-輸出一輸出信號對Vo+、Vo-。而共模反饋電路24電性地連接負載電路23以穩(wěn)定負載電路23輸出的輸出信號對Vo+、Vo-。此外，輸出信號對Vo+、Vo-因受到小信號的復制信號對I3’+、I3’-的影響，故在實施上是小信號的輸出信號。
本實施例中的混合電路21、復制電路22、負載電路23以及共模反饋電路24與上述第一較佳實施例(如圖2所示)的混合電路21、復制電路22、負載電路23以及共模反饋電路24具有相同的構(gòu)成與功能，故在此不再贅述。
在本實施例中，高阻抗電路25包含二電流源IC1、IC2，并與差動輸出端213以及復制電路22電性連接以引導混合信號對I3+、I3-輸入復制電路22。而本實施例的二電流源IC1、IC2在實施上是高阻抗電流源。
請再參照圖4所示，本實施例的混合器4的動作如下自混合電路21的第一差動輸入端211及第二差動輸入端212，分別接收外部高頻的第一輸入信號對V1+、V1-及高頻的第二輸入信號對V2+、V2-，藉由混合電路21將第一輸入信號對V1+、V1-及第二輸入信號對V2+、V2-混合，以輸出低頻的混合信號對I3+、I3-至高阻抗電路25。接著，高阻抗電路25的二電流源IC1、IC2引導混合信號對I3+、I3-輸入復制電路22，而復制電路22的二電流鏡223則復制混合信號對I3+、I3-，以輸出復制信號對I3’+、I3’-至負載電路23，使負載電路23藉由共模反饋電路24的配合，并依據(jù)復制信號對I3’+、I3’-而在負載電路23的第一電阻R1的一端與第二電阻2的一端穩(wěn)定輸出輸出信號對Vo+、Vo-。
由于混頻器4是差動輸入，故第一輸入信號對V1+、V1-包含了直流及交流的成份，而在混合電路混合后的混合信號對I3+、I3-亦包含直流及交流的成份，故在混合信號對I3+、I3-送入復制電路22時，高阻抗電路25將混合電路21的直流及交流成份分流，僅使混合電路21的交流成份送入復制電路22中作復制，此種方式，是使輸出信號對Vo+、Vo-的變動范圍僅受第一輸入信號對V1+、V1-的范圍的影響，故不但避免死區(qū)現(xiàn)象發(fā)生，更使輸出信號對Vo+、Vo-具有線性且變動范圍較大的效用。
綜上所述，因依據(jù)本發(fā)明的一種混頻器，是利用混合電路將高頻的第一輸入信號對及高頻的第二輸入信號對混合輸出低頻混合信號對，又使復制電路將混合信號對復制為復制信號對，再經(jīng)由負載電路輸出一輸出信號對。與現(xiàn)有技術(shù)相較，利用復制電路將混合電路及負載電路相互隔開，可使負載電路對輸出信號對的影響減低，且輸出信號對的變動范圍則隨著第一輸入信號對的影響而改變；或利用高阻抗電路，將混合信號對的直流及交流成份分流，使得混合信號對中大信號的直流成份通過高阻抗電路，僅使混合信號對中小信號的交流成份送出到復制電路，此種方式，不但可使輸出信號對僅受到第一輸入信號對的影響，且輸出為小信號值，更可使輸出信號對達到線性且變動范圍大的功效，而避免死區(qū)現(xiàn)象。另外，又可藉由調(diào)整復制電路的電流鏡的晶體管的溝道區(qū)比例，使復制后的復制信號的電流值變小，而減低功率消耗。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含在后附的申請專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種混頻器，包含一混合電路，用于接收一第一輸入信號對與一第二輸入信號對，并混合該第一輸入信號對與該第二輸入信號對以輸出一混合信號對；一復制電路，用于與該混合電路電性連接以接收該混合信號對，并復制該混合信號對以輸出一復制信號對；一高阻抗電路，用于與該混合電路以及該復制電路電性連接以引導該混合信號對輸入該復制電路；以及一負載電路，用于與該復制電路電性連接以接收該復制信號對，并依據(jù)該復制信號對輸出一輸出信號對。
2.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中，該復制電路電性地連接于一電壓源，其中，該電壓源經(jīng)由該復制電路分別驅(qū)動該混合電路以及該負載電路。
3.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中，該混合電路包含一第一差動輸入端、一第二差動輸入端與一差動輸出端，該第一差動輸入端與該第二差動輸入端分別接收該第一輸入信號對與該第二輸入信號對，其并混合該第一輸入信號對與該第二輸入信號對以輸出該混合信號對于該差動輸出端。
4.如權(quán)利要求3所述的混頻器，其中，該復制電路包含二電流鏡，分別具有復數(shù)個晶體管，并電性地連接該差動輸出端以接收該混合信號對，并復制該混合信號對以輸出該復制信號對，其中，該混合信號對與該復制信號對是差動電流，所述電流鏡的該晶體管其中之一是一二極管式晶體管。
5.如權(quán)利要求4所述的混頻器，其中，該負載電路包含一電阻，其二端分別與所述電流鏡電性連接以接收該復制信號對，并在其二端依據(jù)該復制信號對輸出該輸出信號對，其中，該輸出信號對是一電壓。
6.如權(quán)利要求3所述的混頻器，其中，該高阻抗電路包含二電流源，與該差動輸出端以及該復制電路電性連接以引導該混合信號對輸入該復制電路。
7.如權(quán)利要求1所述的混頻器，更包含一共模反饋電路，電性地連接該負載電路以穩(wěn)定該負載電路輸出該輸出信號對。
8.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中，該混頻器是一直接降頻混頻器，該第一輸入信號對及該第二輸入信號對是一高頻信號對，該混合信號對是一低頻信號對。
9.如權(quán)利要求6所述的混頻器，其中，所述電流源分別為一高阻抗電流源。
10.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中，該復制信號對皆為小信號電流。
全文摘要
一種混頻器包含一混合電路、一復制電路以及一負載電路。其中，混合電路接收一第一輸入信號對與一第二輸入信號對，并混合第一輸入信號對與第二輸入信號對以輸出一混合信號對，復制電路與混合電路電性地連接以接收混合信號對，并復制混合信號對以輸出一復制信號對，負載電路與復制電路電性連接以接收復制信號對，并依據(jù)復制信號對輸出一輸出信號對。
文檔編號H03D7/14GK101030758SQ20071000407
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者林陳慶, 曾英哲 申請人:威盛電子股份有限公司