專利名稱：無源混頻器以及使用無源混頻器的高q濾波器的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用
本申請主張享有于2007年6月26日提交的美國臨時專利申請第60/946,273號，題為“使用2*LO/LO拓撲的高性能無源混頻器”的優(yōu)先權(quán)，因此該臨時專利申請揭露的全部內(nèi)容在此均合并參考；而且本申請為2005年12月6日提交的美國專利申請第11/220,030號，題為“低噪聲混頻器”的延續(xù)申請案，所以，所揭露的全部內(nèi)容在此合并作為參考。
背景技術(shù)：
便攜式通信裝置，例如手機、個人數(shù)字助理(PDA)、WIFI收發(fā)信機以及其它通信裝置必須能夠使用多個不同頻帶進行通信。對于高效通信而言，發(fā)送和接收信號的頻率為基帶信號的頻率的多倍，其中，基帶信號承載著待通信的信息。因此，收發(fā)器必須能上變頻發(fā)送信號以及下變頻接收信號。
通常，使用一個或者多個混頻器以上變頻發(fā)送信號，以及下變頻接收信號。在很多RF通信方法中，尤其是正交調(diào)制方法，可以使用一系列開關(guān)實現(xiàn)混頻器，其中，一系列開關(guān)根據(jù)本地振蕩器(LO)信號切換正交信號的差分成分。選擇LO信號的頻率，這樣使用LO信號混頻的RF頻率信號就變頻為期望的頻率。
信號上變頻以及信號下變頻使用混頻器而實施，其中，典型地使用半導(dǎo)體開關(guān)實現(xiàn)。在深(deep)亞微米(sub-micron)技術(shù)中，可以提供低噪聲運作以及高效運作特性的無源開關(guān)的獲得，可以使能無源混頻器的使用，其中，期望低電流消耗以及高性能。切換時鐘路徑上使用軌對軌(Rail to rail)電壓以及由于混頻器中的同相(I)以及正交相(Q)路徑之間隔離不佳的問題，在無源混頻器的使用上增加了限制。


發(fā)明內(nèi)容
無源混頻器的實施例包含開關(guān)結(jié)構(gòu)，配置為使用同相以及正交相信號的差分成分，產(chǎn)生差分同相信號以及正交相信號，其中，該同相信號以及正交相信號運行在大約25％占空比信號的過渡。
也提供其它實施例。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，閱讀了下列附圖以及詳細描述，本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特點以及優(yōu)勢會變得很明顯。但是，所有這樣的附加系統(tǒng)、方法、特點以及優(yōu)勢都包含在描述的范圍內(nèi)，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，都由權(quán)利要求所保護。



可以參考下列附圖更好的理解本發(fā)明，在附圖內(nèi)包含的元件不必限于原大小，重點在于更清晰地說明本發(fā)明的原理。更具體地，在附圖中，相同的數(shù)字在不同的附圖中指定對應(yīng)的部分。
圖1為簡化的便攜式收發(fā)器的方塊示意圖。
圖2為可以使用大約25％占空比或者LO 2LO拓撲實現(xiàn)無源混頻器以及濾波器的下變頻器的實施例的簡化示意圖。
圖3為使用LO 2LO拓撲實現(xiàn)大約25％占空比的單端(single-ended)電流模式無源混頻器的實施例的示意圖。
圖4為實現(xiàn)LO 2LO拓撲的完全差分電流模式無源混頻器的實施例的示意圖。
圖5為如圖3以及圖4所示的使用LO 2LO拓撲的無源混頻器以及濾波器實施例中用的LO信號的示意圖。
圖6為實現(xiàn)LO 2LO拓撲的單端電壓模式無源混頻器的實施例的示意圖。
圖7為實現(xiàn)LO 2LO拓撲的完全差分電壓模式無源混頻器的實施例的示意圖。
圖8為使用大約25％占空比拓撲實現(xiàn)的單端電壓模式無源混頻器的替代實施例的簡化示意圖。
圖9為可以用于產(chǎn)生圖8所示的時鐘信號的電路的替代實施例的示意圖。
圖10為可以用于產(chǎn)生圖8所示的時鐘信號的電路的另一個替代實施例的示意圖。
圖11A為可用于產(chǎn)生圖8所示的時鐘信號的電路的另一個替代實施例。
圖11B為圖11A的鎖存電路的實施例的示意圖。
圖12為圖10的一對NOR門的示例實現(xiàn)的示意圖。
圖13為使用大約25％占空比拓撲實現(xiàn)的濾波器的實施例的示意圖。
圖14為使用大約25％占空比拓撲實現(xiàn)的濾波器的替代實施例的示意圖。
圖15為使用大約25％占空比拓撲實現(xiàn)的濾波器的替代實施例的示意圖。
圖16為使用大約25％占空比拓撲實現(xiàn)的濾波器的替代實施例的示意圖，其中，該濾波器實現(xiàn)為濾除發(fā)送器中的噪聲。
圖17為使用n個采樣保持開關(guān)，以及具有n個基帶輸出的無源混頻器以及濾波器拓撲的一般實現(xiàn)的示意圖。
圖18為使用LO 2LO拓撲的無源混頻器以及高Q RF濾波器的實施例的運作流程圖。

具體實施例方式 雖然特別參考便攜式收發(fā)器描述如上，無源混頻器的以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器也可以用在接收器中使用信號下變頻的任何裝置中，其中，該無源混頻器的以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器也稱作用于本地振蕩器(LO)產(chǎn)生的，使用大約25％時鐘占空比的無源混頻器以及高Q濾波器的替代實施例，其中，無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器可以使用LO 2LO拓撲實現(xiàn)。無源混頻器以及使用高Q RF濾波器的無源混頻器可以實現(xiàn)在混頻器核心中，或者經(jīng)由在相關(guān)電路中產(chǎn)生期望的LO以及2LO信號而實現(xiàn)在傳統(tǒng)的混頻器核心中。進一步說，下面描述下變頻混頻器、無源混頻器以及使用高Q RF濾波器的無源混頻器可以實現(xiàn)為上變頻混頻器。進一步說，描述使用大約25％占空比拓撲的濾波器結(jié)構(gòu)。該濾波器結(jié)構(gòu)可以用在需要高Q RF濾波器的任何設(shè)計中。在此應(yīng)用中，描述正交無源混頻器拓撲。無源正交混頻器拓撲可以用在接收應(yīng)用以及發(fā)送應(yīng)用中，以及達到在I以及Q路徑之間的良好的隔離、低噪聲以及高線性度，同時放松了嚴(yán)格的LO鏈的技術(shù)規(guī)格(specification)。
無源混頻器提供低功耗、低噪聲以及高線性度，但是需要無源混頻器后面的LO驅(qū)動器以及信號路徑的更好的性能。無源混頻器有問題的缺陷就是在I以及Q輸入之間缺乏隔離。隔離的缺乏強迫傳統(tǒng)實現(xiàn)進入到隔離I以及Q的有源或者無源電路級中，以裸芯片面積的代價、增加噪聲，也顯著降低線性度的代價，因此，限制了無源混頻器在很多應(yīng)用中的有效應(yīng)用。
正交I以及Q LO信號的產(chǎn)生對于混頻器運作也很重要。既然相位噪聲和正交LO信號的I-Q匹配都重要，那么與LO以及2LO信號產(chǎn)生有關(guān)的電路典型地，消耗了高功耗以及占據(jù)了電路上大面積。
無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q濾波器克服了上述大部分問題。無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q濾波器顯著降低了LO相位噪聲對于整體系統(tǒng)噪聲的貢獻。在發(fā)送混頻器情況下，LO 2LO拓撲減少了發(fā)送器的整體噪聲基底(floor)，而在接收器中，LO 2LO拓撲提高了接收器對于阻隔信號(blocking signal)的免疫力，而阻隔信號遠遠偏離了由于相互(reciprocal)混頻而下變頻到期望頻帶的頻帶。無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q濾波器也降低了LO鏈上的I-Q不平衡的影響，其中，LO鏈上的I-Q不平衡降低了上變頻器情況下的邊帶抑制的品質(zhì)，以及提高了下變頻器情況下的圖像(image)抑制。
在接收混頻器情況下，LO 2LO拓撲顯著提高了噪聲系數(shù)(noise figure)以及線性度(linearity)。也增加了接收器增益，而且經(jīng)由省略(eliminating)提供有源隔離的元件(或者提供無源隔離的，占據(jù)了大面積以及/或者貢獻了噪聲以及降低了I以及Q路徑的線性度品質(zhì)的元件)從而降低了RF路徑中的復(fù)雜度。
獲得較低門長度、較高性能互補金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，CMOS)晶體管，無源混頻器的性能可以隨時間動態(tài)改進，其中，較低門長度、較高性能互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管以線性模式運行為良好的開關(guān)。此處描述的LO 2LO無源混頻器結(jié)構(gòu)可以進一步提高無源混頻器的性能，無論運行在電壓模式或者電流模式。在一個實施例中，下面描述的無源混頻器實現(xiàn)為電流模式無源混頻器實現(xiàn)，可以提供多個優(yōu)勢。
無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器可以硬件、軟件或者硬件與軟件的組合實現(xiàn)。當(dāng)以硬件實現(xiàn)時，無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器可以使用專門的硬件單元(hardware element)以及邏輯(logic)實現(xiàn)。當(dāng)無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器，部分以軟件實現(xiàn)，在產(chǎn)生LO以及2LO信號時，軟件部分可用于精確控制各種元件。軟件可以存儲在存儲器中，有適當(dāng)?shù)闹噶顖?zhí)行系統(tǒng)(微處理器)執(zhí)行。無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器的硬件實現(xiàn)可以包含下面的技術(shù)的任意一者或者組合而實現(xiàn)，而下面的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)離散電子元件、具有邏輯門的離散邏輯電路(其中，邏輯門用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能)、具有適當(dāng)?shù)倪壿嬮T的專用集成電路(application specific integrated circuit)、可編程門陣列(PGA)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等等。
用于無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器的軟件包含用于實現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的有序清單(ordered listing)，而且可以體現(xiàn)在任何任何計算機可讀媒介中，從而由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或者裝置使用，或者與指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或者裝置聯(lián)合使用，其中，指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或者裝置例如為基于計算機的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng)、或者其它可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或者裝置中獲取指令并且執(zhí)行指令的系統(tǒng)。
在此說明書中，“計算機可讀媒介”可以為包含、存儲、通信、傳播(propage)或者傳輸(transport)程序的任何手段，其中“計算機可讀媒介”由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或者裝置使用，或者與指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或者裝置聯(lián)合使用。計算機可讀媒介可以為(例如但是不以此為限)電的、磁的(magnetic)、光的、電磁的(electromagnetic)、紅外(infrared)或者半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置或者傳播介質(zhì)。計算機可讀媒介的更具體的例子(非無遺漏的列表)可以包含下面具有一個或者多個線(wire)的電連接(電的)、便攜式計算機軟盤(diskette)(磁的)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM或者閃存)(磁的)、光纖(光的)以及便攜式光盤(compact disc)只讀存儲器(CDROM)(光的)。請注意，計算機可讀媒介甚至可以為紙或者其它適合的媒介，在該計算機可讀媒介上，可以打印出程序，因為程序可以被電捕捉到，通過示例，紙或者其它媒介的光掃描，然后編譯(compile)，翻譯(interpreted)或者如果必要的話，以適當(dāng)?shù)姆绞降钠渌幚?，然后存儲在計算機存儲器中。
圖1為簡化的便攜式收發(fā)器100的方塊示意圖。無源混頻器以及使用無源混頻器的高Q RF濾波器的實施例可以實現(xiàn)在任何RF接收器、RF發(fā)送器或者RF收發(fā)器中，以及在此例子中，實現(xiàn)在與便攜式收發(fā)器100關(guān)聯(lián)的RF接收器120中。如圖1所示的便攜式收發(fā)器100為簡化例子，而且用于說明無源混頻器以及使用LO 2LO拓撲可以實現(xiàn)的很多應(yīng)用中的一個。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解便攜式收發(fā)器。便攜式收發(fā)器100包含發(fā)送器110、接收器120、基帶子系統(tǒng)130、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)160以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)170。發(fā)送器110包含調(diào)制器116以及上變頻器117。在一個實施例中，上變頻器117可以為調(diào)制器116的子系統(tǒng)。在替代實施例中，上變頻器117可以為分開的電路模塊或者電路單元。
發(fā)送器也包含調(diào)制以及上變頻基帶信號的任何其它功能單元。接收器120包含濾波器電路以及下變頻器200，而下變頻器200使能從已接收RF信號恢復(fù)信息信號，下變頻器200實現(xiàn)無源混頻器以及使用LO 2LO拓撲的濾波器的實施例，如上所述。
便攜式收發(fā)器100也包含功率放大器140。發(fā)送器110的輸出經(jīng)由連接112提供給功率放大器140。依賴于通信方法，便攜式收發(fā)器可以也包含功率放大器控制單元(圖未示)。
接收器120以及功率放大器140連接到前端模塊144。前端模塊144可以為多工器(duplexer)、雙工器(diplexer)或者任何可以將發(fā)送信號與接收信號分開的單元。前端模塊144通過連接142連接到天線138上。
在發(fā)送模式中，經(jīng)由連接114，功率放大器140的輸出提供給前端模塊144。在接收模式中，前端模塊144經(jīng)由連接146，將接收信號提供給接收器120。
如果無源混頻器以及使用LO 2LO拓撲的濾波器的部分以軟件實現(xiàn)，那么基帶子系統(tǒng)130也包含可以由微處理器135執(zhí)行，或者由另一個處理執(zhí)行的LO 2LO軟件155，以控制下述的無源混頻器以及使用LO 2LO拓撲的濾波器運作。
當(dāng)發(fā)送時，經(jīng)由連接132，自基帶子系統(tǒng)130將基帶發(fā)送信號提供給DAC160。DAC 160將數(shù)字基帶發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后模擬信號經(jīng)由連接134提供給發(fā)送器110。根據(jù)系統(tǒng)所描述的調(diào)制格式，調(diào)制器116以及上變頻器200調(diào)制以及上變頻該模擬發(fā)送信號，其中，便攜式收發(fā)器100運行在該系統(tǒng)中。該已調(diào)制以及已上變頻發(fā)送信號然后經(jīng)由連接112，提供給功率放大器140。
當(dāng)接收時，經(jīng)由連接136，已濾波以及已下變頻接收信號，自接收器120提供給ADC 170。ADC 170將模擬接收信號數(shù)字化，然后經(jīng)由連接138，將模擬基帶接收信號提供給基帶子系統(tǒng)130?；鶐ё酉到y(tǒng)130恢復(fù)已發(fā)送信息。
圖2為可以使用大約25％占空比或者LO 2LO拓撲而實現(xiàn)無源混頻器的下變頻器200的實施例的簡化示意圖。下變頻器200包含振蕩器202，振蕩器202配置為在連接204上產(chǎn)生LO信號，其中LO信號為期望的LO信號的頻率的二倍。例如，如果期望的LO頻率為額定的(nominal)1000MHz，那么連接204上的信號為額定的2000MHz。下變頻器200也包含混頻器核心212以及混頻器核心214?；祛l器核心212以及214配置為運行在正交信號I以及Q上。在一個例子中，經(jīng)由連接206，差分RF(RF in+)輸入信號提供給混頻器核心212，以及經(jīng)由連接208分RF(RF in-)輸入信號提供給混頻器核心212。
連接204上的2LO信號提供給混頻器核心212以及214，也提供給分頻器222。在一個實施例中，分頻器222為正交分頻器。分頻器222將連接204上的2LO信號分為連接216以及連接218上的LO的額定值(nominal value)。在此例子中，經(jīng)由連接216，LO_I信號提供給混頻器核心212，以及經(jīng)由連接218，LO_Q信號提供給混頻器核心214。典型地，2LO、LO-I以及LO_Q信號在提供給混頻器核心212以及214之前將通過緩沖器(buffer)。盡管如此，簡單起見，圖2中省略了緩沖器。
下面將詳細闡述，混頻器核心212以及214的每一者都接收LO信號以及2LO信號。以最小的噪聲以及破壞，混頻器核心212將RF in+信號下變頻，以及混頻器核心214將RF in-信號下變頻。在此例子中，已下變頻RF in+信號表示為連接224上的基帶(BB)I+以及I-信號，已下變頻RF in-信號表示為連接226上的基帶(BB)Q+以及Q-信號。
下變頻器200的結(jié)構(gòu)抑制了分頻器的噪聲貢獻，其中，分頻器用于產(chǎn)生正交LO信號，LO_I以及LO_Q，也因此最小化了接收器噪聲貢獻，并對無源混頻器的實現(xiàn)提供了在I以及Q輸入之間的高水平的輸入隔離。
圖3為使用LO 2LO拓撲實現(xiàn)大約25％占空比的單端(single-ended)電流模式無源混頻器的實施例的示意圖。
在圖3的實施例中，混頻器300運行在電流域，而不是電壓域，而且混頻器300在RF輸入端為單端，但是在基帶輸出端為差分。前端模塊144(圖1)的輸出經(jīng)由連接146而被接收。這就是圖1的接收器120的輸入信號。連接146上的輸入信號提供給低噪聲放大器(LNA)302。在一個實施例中，放大器302可以為轉(zhuǎn)移阻抗(trans-impedance)放大器，或者為Gm級(Gm stage)放大器。連接146上的放大器302的輸入為電壓信號，Vin，而連接304上的放大器302的輸出為電流信號。
連接304上的電流信號提供給電感性/電容性(LC)槽(tank)電路(又稱儲能電路)306。槽電路306包含電容308以及電感309。將槽電路306調(diào)諧到期望的RF頻率，這樣就可以從節(jié)點304為地或者Vcc提供高阻抗連接。該高阻抗連接將Gm級的輸出的電流轉(zhuǎn)移(divert)到無源混頻器級。連接304上的槽電路306的輸出為電流信號，稱作Iout。
混頻器核心包含同相混頻器核心305以及正交相混頻器核心307。連接304上的信號，通過分別的電容311以及321提供給一對開關(guān)310以及320。開關(guān)310由2LO信號控制，開關(guān)320由2LO信號的反相2LO控制。
開關(guān)310的輸出，經(jīng)由連接312提供給開關(guān)330以及開關(guān)332。開關(guān)330由LO_I信號控制，開關(guān)332由LO_I信號控制。
開關(guān)320的輸出經(jīng)由連接322提供給開關(guān)340以及開關(guān)342。開關(guān)340由LO_Q信號控制，而開關(guān)342由LO_Q信號控制。
開關(guān)330的輸出，經(jīng)由連接334提供給放大器352。相似地，開關(guān)332的輸出經(jīng)由連接336提供給放大器352。放大器352可以為，例如，在連接354上具有差分輸出的轉(zhuǎn)移阻抗放大器。連接354上的輸出為差分同相(I)輸出信號。負載電阻356以及電容358位于輸出354以及輸入334之間。負載電阻357以及電容359位于輸出354以及輸入336之間。
開關(guān)340的輸出經(jīng)由連接344提供給放大器362。相似地，開關(guān)342的輸出經(jīng)由連接346提供給放大器362。放大器362可以與放大器352相似。連接364上的輸出為差分正交相(Q)輸出信號。電阻366以及電容368位于輸出364以及輸入344之間。電阻367以及電容369為與輸出364以及輸入346之間。
轉(zhuǎn)移阻抗放大器352為節(jié)點334以及336上的差分信號創(chuàng)建了一個虛擬地連接(virtual ground connection)，轉(zhuǎn)移阻抗放大器362為節(jié)點344以及346的差分信號創(chuàng)建了一個虛擬地連接。這使得信號從LNA 302的輸出端到混頻器核心305以及307中的開關(guān)的傳播時，仍然在電流域。
根據(jù)圖3的混頻器拓撲的實施例，在連接334以及336上，或者連接344以及346上，沒有RF或者基帶電壓擺幅(swing)。相似地，在節(jié)點304沒有電壓擺幅。在節(jié)點304、334、336以及346上的低電壓增益使能接收器前端在高線性度情況下運行。
如圖5所示的有效LO信號的示意圖，在給定的時間點，下面的多個連接只建立一個。節(jié)點304與節(jié)點334之間的連接、節(jié)點304與節(jié)點336之間的連接、節(jié)點304與節(jié)點344之間的連接；或者節(jié)點304與節(jié)點346之間的連接。時間的劃分(division)經(jīng)由使用信號2LO以及2LO，切換開關(guān)310以及320而完成。以此方式，在I混頻器330/332與轉(zhuǎn)移阻抗放大器352之間的隔離；以及Q混頻器340/342與轉(zhuǎn)移阻抗放大器362之間的隔離，在時間域經(jīng)由分割(split)信號而達到。
在轉(zhuǎn)移阻抗放大器352以及362之間達到的隔離，增加了在節(jié)點334/336以及節(jié)點344/346向無源混頻器看所表現(xiàn)的阻抗。該阻抗較高，而且受到槽電路306在共振頻率(resonant frequency)的電阻的限制。這個高阻抗減少了用于轉(zhuǎn)移阻抗放大器352以及362的輸入?yún)⒖荚肼?input referred noise)的轉(zhuǎn)移增益(transfer gain)，因此改進了接收器的整體靈敏度(sensitivity)。
對于節(jié)點304的給定電流Iout，電流對電壓增益為由有效阻抗增益Gain＝(Vout/Iin)＝Rtia(2/π√2)所給出，其中，Rtia為電阻356的值。如果一對傳統(tǒng)的I以及Q混頻器連接到節(jié)點304，那么就上述增益就比可以獲得的增益高3dB。
對更低混頻器閃爍噪聲、更低熱噪聲(thermal noise)、更好的IQ不匹配以及更高的IP2(the second-order intercept point)做貢獻的進一步的機制，將在申請日為2005年12月6日的美國專利申請第11/220,030，題為“低噪聲混頻器”中描述。
圖4為實現(xiàn)LO 2LO拓撲的完全差分電流模式無源混頻器的實施例的示意圖。圖4中的單元與圖3中的單元相似，所以使用標(biāo)號4XX命名，其中，XX指與圖3中的相似單元。
在圖4中的實施例，混頻器400運行在電流域，而且在RF輸入以及基帶輸出為完全差分的。前端模塊144(圖1)的輸出經(jīng)由連接146而被接收。這是圖1的接收器120的輸入信號。連接146上的輸入信號為差分信號，而且提供給低噪聲放大器(LNA)402。在一個實施例中，放大器402可以為轉(zhuǎn)移阻抗放大器，否則作為Gm級。連接146上的放大器402的輸入為差分電壓信號，Vin+以及Vin-，而連接404上的放大器402的輸出為差分電流信號，Iout+以及Iout-。
連接404上的電流信號提供給槽電路406。槽電路406與槽電路306相似。將槽電路406調(diào)諧為期望的RF頻率，這樣就可以提供從節(jié)點404到Vcc的高阻抗連接。該高阻抗連接將來自Gm級的輸出的電流轉(zhuǎn)移(divert)給無源混頻器級。
在正(Iout+)路徑上，混頻器核心包含同相混頻器核心405以及正交相混頻器核心407。連接404上的信號通過電容411，提供給一對開關(guān)410以及開關(guān)420。開關(guān)410由2LO信號控制，開關(guān)420由2LO信號的反相2LO控制。
開關(guān)410的輸出經(jīng)由連接412提供給開關(guān)430以及432。開關(guān)430由LO_I信號控制，開關(guān)432由LO_I信號控制。
開關(guān)420的輸出經(jīng)由連接422提供給開關(guān)440以及開關(guān)442。開關(guān)440由LO_Q信號控制，開關(guān)442由LO_Q信號控制。
開關(guān)430的輸出經(jīng)由連接434提供給放大器452。相似地，開關(guān)432的輸出經(jīng)由連接436提供給放大器452。放大器452可以為，例如，連接454上的具有差分輸出的轉(zhuǎn)移阻抗放大器。放大器452與放大器352相似，連接454上的輸出為差分同相(I)輸出信號。
開關(guān)440的輸出經(jīng)由連接444提供給放大器462。相似地，開關(guān)442的輸出經(jīng)由連接446提供給放大器462。放大器462可以與放大器452相似。連接464上的輸出為差分正交相(Q)輸出信號。
在負(Iout-)路徑上，混頻器核心包含同相混頻器核心475以及正交相混頻器核心477。連接404上的信號通過電容421提供給一對開關(guān)480以及485。開關(guān)480由2LO信號控制，開關(guān)485由2LO信號的反相2LO控制。
開關(guān)480的輸出經(jīng)由連接482提供給開關(guān)490以及492。開關(guān)490由LO_I信號控制，開關(guān)492由LO_I信號控制。
開關(guān)485的輸出經(jīng)由連接484提供給開關(guān)494以及496。開關(guān)494由LO_Q信號控制，開關(guān)496由LO_Q信號控制。
開關(guān)490的輸出經(jīng)由連接436提供給放大器452。相似地，開關(guān)492的輸出經(jīng)由連接434提供給放大器452。放大器452可以為，例如，在連接454上具有差分輸出的轉(zhuǎn)移阻抗放大器。放大器452與放大器352相似，連接454上的輸出為差分同相(I)輸出信號。
開關(guān)494的輸出經(jīng)由連接446提供給放大器462。相似地，開關(guān)496的輸出經(jīng)由連接444提供給放大器462。
圖5為用在圖3以及圖4中的描述無源混頻器以及使用LO 2LO拓撲的濾波器的實施例中使用的LO信號的示意圖。同相LO信號包含差分成分，LO_I以及LO_I。正交相LO信號包含差分成分LO_Q以及LO_Q。2LO信號為I以及Q LO信號的二倍的頻率的LO信號。2LO信號的反相稱為2LO。
2LO信號如軌跡502所示，LO_I信號如軌跡504所示，以及LO_Q信號如軌跡506所示。
2LO*LO_I信號如軌跡508所示。信號508代表I+信號。2LO*LO_I如軌跡512所示。信號512代表I-信號。2LO*LO_Q信號如軌跡514所示。信號514代表Q+信號。2LO*LO_Q信號如軌跡516所示。信號516代表Q-信號。
有效同相LO信號eLO_I如518所示，有效正交相LO信號eLO_Q如522所示。如圖5所示，有效同相LO信號eLO_I518以及有效正交相LO信號eLO_Q 522提供大約25％的占空比，由于LO_I信號504以及LO_Q信號506，從而保證了僅在2LO信號502的過渡(transition)發(fā)生切換，因此最小化切換噪聲的任何影響，以及最小化任何I以及Q信號的重疊。
圖6為實現(xiàn)LO 2LO拓撲的單端(single-ended)電壓模式無源混頻器的實施例的示意圖。在此實施例中，經(jīng)由在開關(guān)334、336、344、346(圖3)的輸出接上電容，然后跟隨高阻抗低噪聲基帶放大器，即可使用圖3所示的LO 2LO無源混頻器來實現(xiàn)(以及如圖4所示的完全差分實現(xiàn))電壓模式無源混頻器。圖6中的單元與圖3的相似，所以使用標(biāo)號6XX而命名，此處XX指圖3中的相似單元。
在圖6的實施例中，混頻器600運行在電壓域，而不是電流域，而且在RF輸入端為單端，但是在基帶輸出端為差分。前端模塊144(圖1)的輸出經(jīng)由連接146而被接收。這是圖1的接收器120的輸入信號。連接146上的輸入信號提供給低噪聲放大器(LNA)602。在一個實施例中，放大器602可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納(trans-admittance)放大器，否則作為Gm級。連接604上的放大器602的輸出為電壓信號Vout。
連接604上的電壓信號提供給槽電路606。槽電路606與槽電路306相似。連接604上的槽電路606的輸出為電壓信號，稱作Vout。
混頻器核心包含同相混頻器核心605以及正交相混頻器核心607。連接604上的信號通過分別的電容611以及621提供給一對開關(guān)610以及開關(guān)620。開關(guān)610由2LO信號控制，開關(guān)620由2LO信號的反相2LO控制。
開關(guān)610的輸出經(jīng)由連接612提供給開關(guān)630以及開關(guān)632。開關(guān)630由LO_I信號控制，開關(guān)632由LO_I信號控制。
開關(guān)620的輸出經(jīng)由連接622提供給開關(guān)640以及642。開關(guān)640由LO_Q信號控制，開關(guān)642由LO_Q信號控制。
連接634以及636上的輸出開關(guān)630以及632，其終端分別連接電容656，然后跟隨高阻抗低噪聲基帶放大器652。經(jīng)由連接634以及636提供同相差分輸出VIout+以及VIout-。偏置電阻(Bias resistance)657以及658接收電壓信號Vcm，而電壓信號Vcm設(shè)定開關(guān)630以及開關(guān)632上的DC電壓。偏置電阻657以及658典型地很大，在0.5K歐姆(Ohm)到20k歐姆的范圍內(nèi)。
連接644以及646上的輸出開關(guān)640以及開關(guān)642，其終端分別連接電容666，然后跟隨高阻抗低噪聲基帶放大器662。經(jīng)由連接644以及646提供正交差分輸出VQout+以及VQout-。偏置電阻667以及668接收電壓信號Vcm，電壓信號Vcm設(shè)定開關(guān)640以及開關(guān)642上的DC電壓。偏置電阻667以及668典型地很大，在0.5K歐姆到20k歐姆的范圍內(nèi)。下面將要介紹，電壓模式運行使得使用大約25％占空比或者所述LO 2LO結(jié)構(gòu)的高Q濾波器成為可能(feasible)。
圖7為實現(xiàn)LO 2LO拓撲的完全差分電壓模式無源混頻器的實施例的示意圖。圖7的單元與圖6中的單元相似，使用標(biāo)號7XX命名，其中，XX指圖6中相似單元。
圖7的實施例中，混頻器700運行在電壓域，而不是電流域，而且在RF輸入端以及基帶輸出端為完全差分。前端模塊144(圖1)的輸出經(jīng)由連接146接收。這是圖1的接收器120的輸入信號。連接146上的輸入信號為差分信號，而且提供給低噪聲放大器(LNA)702。在一個實施例中，放大器702可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器，否則作為Gm級。連接146上的放大器702的輸入為差分電壓信號Vin+以及Vin-。連接704上的放大器702的輸出為差分電壓信號，Vout+以及Vout-。
連接704上的電壓信號提供給槽電路706。槽電路706與槽電路606相似。
在正(Vout+)路徑上，混頻器核心包含同相混頻器核心705以及正交相混頻器核心707。連接704上的信號通過電容711提供給一對開關(guān)710以及720。開關(guān)710由2LO信號控制，而開關(guān)720由2LO信號的反相2LO信號控制。
開關(guān)710的輸出經(jīng)由連接712提供給開關(guān)730以及732。開關(guān)730由LO_I信號控制。開關(guān)732由LO_I信號控制。
開關(guān)720的輸出經(jīng)由連接722提供給開關(guān)740以及742。開關(guān)740由LO_Q信號控制，開關(guān)742由LO_Q信號控制。
連接734以及736上的輸出開關(guān)730以及732，其終端分別連接電容756，然后跟隨高阻抗低噪聲基帶放大器752。經(jīng)由連接734以及736提供同相差分輸出VIout+以及VIout。偏置電阻757以及758接收電壓信號Vcm。
連接744以及746上的輸出開關(guān)740以及742，其終端分別連接電容766，然后跟隨高阻抗低噪聲基帶放大器762。經(jīng)由連接744以及746提供正交差分輸出VQout+以及VQout-。偏置電阻767以及768接收電壓信號Vcm。下面將會闡述，電壓模式運作使得使用大約25％占空比或者所述LO-2LO結(jié)構(gòu)的高Q濾波運作成為可能。
在負(Vout-)路徑上，混頻器核心包含同相混頻器核心775以及正交相混頻器核心777。連接704上的信號通過電容721提供給一對開關(guān)780以及785。開關(guān)780由2LO信號控制，開關(guān)785由2LO信號的反相2LO控制。
開關(guān)780的輸出經(jīng)由連接782提供給開關(guān)790以及792。開關(guān)790由LO_I信號控制，開關(guān)792由LO_I信號控制。
開關(guān)785的輸出經(jīng)由連接784提供給開關(guān)794以及796。開關(guān)794由LO_Q信號控制，開關(guān)796由LO_Q信號控制。
連接736以及734上的輸出開關(guān)790以及792，其終端分別連接電容756，然后跟隨高阻抗低噪聲基帶放大器752。經(jīng)由連接734以及736提供同相差分輸出VIout+以及VIout。
連接746以及744上的輸出開關(guān)794以及796上，其終端分別連接電容766，然后跟隨高阻抗低噪聲基帶放大器762。經(jīng)由連接744以及746提供正交差分輸出VQout+以及VQout-。
應(yīng)當(dāng)提到的是電流模式實現(xiàn)(圖3以及圖4)以及電壓模式實現(xiàn)(圖6以及圖7)之間存在增益差異。在電流模式中，增益與上述有源LO 2LO混頻器相似。在電壓模式中，從LNA輸出端到差分輸出節(jié)點之間的電壓增益，對于單端實現(xiàn)(圖6)來說大致為6dB，而對于差分實現(xiàn)(圖7)接近0dB。如圖6以及圖7的混頻器實現(xiàn)可以作為一系列取樣和保持(S/H)功能，其中，當(dāng)混頻器切換為打開的持續(xù)時間接近零(脈沖序列，train of impulses)，從RF輸入到每個開關(guān)的已采樣輸出之間的電壓增益接近0dB。隨著切換為打開時(或者占空比)的寬度增加，增益降低。對于所有使用目的，用于25％占空比的增益，(略微比0dB小)可以接近0dB。
圖8為使用所述大約25％占空比實現(xiàn)的單端電壓模式無源混頻器的替換實施例的簡化示意圖。雖然在圖8中描述了電壓模式運作，電流模式實現(xiàn)也可以使用。圖8描述了在實現(xiàn)大約25％占空比以及所述LO 2LO結(jié)構(gòu)的差別。在LO頻率的四分之一時間或者25％占空比中，由于認識到(recognizing)LO2LO結(jié)構(gòu)主要將RF輸入端(即，圖3中的節(jié)點304)與基帶輸出(即，圖3中的節(jié)點334、336、344以及346)之每一者連接起來，所以可以提供電路實現(xiàn)，在該電路實現(xiàn)中，25％占空比LO信號在LO鏈而不是RF信號路徑中產(chǎn)生。實際上，可能期望少于25％占空比，以阻止開關(guān)切換為打開(on-times ofthe switches)之間的重疊，以保證在接收或者發(fā)送混頻器實現(xiàn)中的良好的噪聲性能。盡管如此，在電流模式混頻器實現(xiàn)中，較小的占空比(小于25％)可以迅速降低線性度的品質(zhì)，而僅在噪聲上有微小的改善(marginalimprovement)。
在電壓模式混頻器實現(xiàn)中，如圖8所示，將占空比減少到20％或者更低是可能的，但是會迅速達到衰減轉(zhuǎn)折點(point of diminishing returns)，此處，由于不期望的輸入信號的假信號(aliasing)或者LO頻率諧波(harmonics)附近噪聲，噪聲降低性能。在此實施例中選擇20-25％的占空比。
在圖8的拓撲中，在LO路徑而不是RF路徑完成LO 2LO乘運作(multiplication)。通過無源混頻器800的信號傳播因此簡化為RF信號現(xiàn)在通過一個切換裝置，而不是通過兩個切換裝置而傳播，如圖3、4、6、7所描述。圖8中的結(jié)構(gòu)，盡管比圖3、4、6以及7中的拓撲在線性度以及開關(guān)噪聲上稍好，但是對于I-Q匹配以及LO相位噪聲卻更差。LO電路也更復(fù)雜以及消耗更多功率。盡管存在上述缺點，但是信號路徑的簡化提供了顯著的優(yōu)勢，尤其是使用電壓模式混頻器拓撲時。進一步說，下面將闡述，對于用在圖8所示的每個正交I以及Q信號之具有較低串聯(lián)電阻(lower series resistance)的一個開關(guān)(而不是兩個)，可使得RF路徑中產(chǎn)生較高Q濾波響應(yīng)，因而使得圖8的無源混頻器拓撲的濾波特性更為有效。
無源混頻器800為電壓模式的大約25％占空比混頻器拓撲的實施例。低噪聲放大器的輸出經(jīng)由連接146而被接收。這是圖1的接收器120的輸入信號。連接146上的輸入信號提供給放大器802。在一個實施例中，放大器802可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器，否則作為Gm級。在連接804上的放大器802的輸出為電壓信號。
連接804上的電壓信號提供給槽電路806。槽電路806與上述槽電路306相似。連接804上的槽電路806的輸出為電壓信號，稱作Vout。
連接804上的電壓信號通過電容811提供給開關(guān)822、824、826以及828。開關(guān)822、824、826以及828可以使用任何開關(guān)技術(shù)而實現(xiàn)，例如，BJT技術(shù)、FET技術(shù)或者任何其它切換技術(shù)。開關(guān)822、824、826以及828也可以由傳導(dǎo)門(pass gate)替代，其中，傳導(dǎo)門(pass gate)典型地為NFET與PFET晶體管的組合，如現(xiàn)有技術(shù)所知。開關(guān)822、824、826以及828在圖8中描述為單刀單擲(single-pole，single-throw)開關(guān)，以說明任何開關(guān)可以用于產(chǎn)生上述切換信號。
上述實施例中，同相(I)以及正交相(Q)信號為差分。因此，I信號包含VI+信號以及VI-信號。相似地，Q信號包含VQ+信號以及VQ-信號。開關(guān)822產(chǎn)生I+信號，開關(guān)824產(chǎn)生I-信號，開關(guān)826產(chǎn)生Q+信號，開關(guān)828產(chǎn)生Q-信號。驅(qū)動開關(guān)822、824、826以及828的時鐘信號描述為具有25％占空比，而且可以如下述方式產(chǎn)生。時鐘信號832驅(qū)動開關(guān)822，時鐘信號834驅(qū)動開關(guān)826，時鐘信號836驅(qū)動開關(guān)824，以及時鐘信號838驅(qū)動開關(guān)828。根據(jù)使用大約25％占空比拓撲的無源混頻器的實施例，時鐘信號832到838中沒有任何一者具有重疊的時間周期，或者同時為正的時間周期。
開關(guān)822的輸出經(jīng)由電容856以及電阻857終止，而且開關(guān)822的輸出提供給放大器852的一個輸入。開關(guān)824的輸出由電容858以及電阻859終止，而且開關(guān)824的輸出提供給放大器852的另一個輸入。開關(guān)826的輸出由電容866以及電阻867終止，而且開關(guān)826的輸出提供給放大器862的一個輸入。開關(guān)828的輸出由電容868以及電阻869終止，而且開關(guān)828的輸出提供給放大器862的另一個輸入。連接854上的放大器852的輸出為差分VI+以及VI-輸出信號；而且連接864上的放大器862的輸出為差分VQ+以及VQ-輸出信號。
圖9為可以用于產(chǎn)生圖8所述的時鐘信號的電路的替代實施例的示意圖。圖9描述了紋波計數(shù)器(ripple counter)900，計數(shù)器900包含觸發(fā)器902、904、906以及908。時鐘信號CLK在連接912上提供給觸發(fā)器。在一個實施例中，連接912上的時鐘信號運行在LO頻率的4倍頻率上(4LO)。連接932上的觸發(fā)器908的輸出為I+CLK信號，連接934上的觸發(fā)器902的輸出代表Q+CLK信號，連接936上的觸發(fā)器904的輸出代表I-CLK信號，而連接938上的觸發(fā)器906的輸出代表Q-CLK信號。計數(shù)器900應(yīng)該由觸發(fā)器的設(shè)定或者重置(resetting)而初始化為狀態(tài)1000。
圖10為可以用于產(chǎn)生圖8所述的時鐘信號的電路1000的另一個替代實施例的示意圖。電路1000給出了用于圖8的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大約25％占空比的方式。電路1000給出了產(chǎn)生用于圖8的混頻器的LO信號的CMOS分頻器，而在LO I-Q相位以及幅度不匹配最小化時，其所產(chǎn)生的LO信號對2分頻噪聲并不敏感。
電路1000包含NOR門1022、1024、1026以及1028。經(jīng)由連接1006，自延遲單元1004，NOR門的每一者都接收延遲的2LO信號。選擇延遲單元1004提供的延遲，這樣，NOR門輸入上的兩個信號中的過渡就不會同時發(fā)生。一旦滿足此條件，在NOR門輸出的信號就依賴于2LO信號，而不是依賴于來自分頻器的LO信號(圖2)。經(jīng)由連接1012，NOR門1022接收LOI+信號，NOR門1024經(jīng)由連接1014接收LOI-信號，NOR門經(jīng)由連接1016接收LOQ+信號，NOR門1028經(jīng)由連接1018接收LOQ-信號。
NOR門1022經(jīng)由連接1032提供I+時鐘信號，NOR門1024經(jīng)由連接1034提供I-時鐘信號，NOR門1026經(jīng)由連接1036提供Q+時鐘信號，NOR門1028經(jīng)由連接1038提供Q-時鐘信號。
2LO*LO_I信號如軌跡1042所示。信號1042代表I+時鐘信號。2LO*LO_I信號信號如軌跡1044所示。信號1044代表I-時鐘信號。2LO*LO_Q信號如軌跡1046所示。信號1046代表Q+時鐘信號。2LO*LO_Q信號如軌跡1048所示。信號1048代表Q-時鐘信號。
信號軌跡1052代表連接1012上的信號，而且描述了用于LOI+信號二分頻功能，以及信號軌跡1054描述了連接1006上的信號，以及描述了由延遲單元1004提供的2LO信號的延遲信號。
圖11A為用于產(chǎn)生圖10所述的連接1012、1014、1016以及1018上的信號的電路1100的實施例。電路1100為一個具有鎖存(latch)單元1104以及1106的鎖存電路。經(jīng)由連接1102提供LO頻率的二倍的頻率(2LO)的時鐘信號。鎖存單元1104產(chǎn)生LOQ+以及LOQ-信號，而且鎖存單元1106產(chǎn)生圖10的連接1012、1014、1016以及1018的LOI+以及LOI-信號。
圖11B為圖11A的鎖存電路的實施例的示意圖。電路1150包含開關(guān)單元1152、1154、1156、1158、1176以及1178。在此例子中，開關(guān)單元如FET裝置所示；盡管如此，其它實現(xiàn)也是可行的。
經(jīng)由連接1162，開關(guān)單元1152以及1154接收輸入信號，Input，開關(guān)單元1156與開關(guān)1158經(jīng)由連接1164接收輸入信號Input的反相Input。開關(guān)單元1178接收時鐘信號CLK，開關(guān)單元1176接收時鐘輸入信號的反相CLK。
緩沖器1172以及1174在鎖存上提供正反饋。電路1150的輸出在連接1166以及1168上獲得。
圖12為圖10的一對NOR門的示例實現(xiàn)的示意圖。在此例子中，開關(guān)單元描述為FET裝置；盡管如此，其它實現(xiàn)也是可行的。
開關(guān)單元1254以及1258接收輸入信號，A，開關(guān)單元1252以及1272接收輸入信號B，而開關(guān)單元1256以及1274接收輸入信號的反相B。開關(guān)單元1276也接收輸入信號A。簡單參考圖10，此實現(xiàn)中，例如，合并NOR門1022以及1024。圖12的輸入A可以連接到圖10的連接1006上。圖12的輸入B可以連接到圖10的1012上。圖12的反相信號B可以連接到圖10的連接1014上。
電路1200的I+CLK(或者Q+CLK)輸出，在連接1266獲得，而I-CLK(或者Q-CLK)輸出在連接1268獲得。電路1200也稱作“偽差分(pseudo-differential)”實現(xiàn)。圖12所示的實現(xiàn)中，兩個NOR門共享晶體管1276的情況減少了輸入A上的負載，而改進了差分輸出信號的相位噪聲。
圖13為使用大約25％占空比拓撲的實現(xiàn)的濾波器的實施例的示意圖。圖13的實施例描述了使用大約25％占空比拓撲的一般概念(general concept)。
使用片上(on-chip)單元在RF上實現(xiàn)的典型的濾波器獲得高Q因數(shù)(factors)，其中，高Q因數(shù)通常比25小。在900MHz接收器中，位于20MHz偏移頻率的濾波阻隔(blocking)信號典型地需要濾波器Q＞300。圖13為使用大約25％占空比拓撲的高Q濾波器1300的一般實現(xiàn)。當(dāng)LO信號可以獲得時，低頻率濾波器(處于基帶頻率)可以轉(zhuǎn)換為LO頻率。通?？梢垣@得Q值超過500。一般說來，這些濾波器實現(xiàn)在電壓模式，而電壓模式中，無源混頻器開關(guān)的輸出為電壓而不是電流。當(dāng)傳統(tǒng)的無源混頻器基本設(shè)計可以用于將濾波器響應(yīng)從DC轉(zhuǎn)換到LO頻率時，大約25％占空比或者LO-2LO方式獲得的Q顯著地比較高。這樣高Q響應(yīng)為此拓撲中的無源混頻器的I以及Q隔離的結(jié)果。圖6、圖7以及圖8中的實現(xiàn)可以用于在LNA的輸出端提供高Q濾波器。由于在開關(guān)切換為打開時的周期內(nèi)，輸入RF與基帶輸出之間的較低的電阻，所以圖8所示的單開關(guān)RF路徑實現(xiàn)提供較高的濾波器Q以及較低噪聲。
無源1300混頻器描述了高Q濾波器的實施例。連接146上的輸入信號提供給放大器1302。在一個實施例中，放大器1302可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器，否則作為Gm級。連接1304上的放大器1302的輸出為電壓信號。
連接1304上的電壓信號提供給槽電路1306。槽電路1306與上述槽電路306相似。槽電路1306的輸出在連接1304上為電壓信號，稱作Vout。連接1304上的信號提供給接收器1307，而接收器1307可以提供I以及Q輸出信號，無論接收器實現(xiàn)是什么。
連接1304上的電壓信號通過電容1311提供給開關(guān)1322、1324、1326以及1328。開關(guān)1322、1324、1326以及1328可以使用任何開關(guān)技術(shù)而實現(xiàn)，例如，BJT技術(shù)、FET技術(shù)，NFET與PFET組合，或者其它任何開關(guān)技術(shù)，其中，NFET與PFET組合也稱作傳導(dǎo)門(pass gate)。圖13的開關(guān)1322、1324、1326以及1328描述為簡單的單刀單擲開關(guān)，以說明，任何類型開關(guān)可以用于產(chǎn)生上述切換信號。
在上述實施例中，同相(I)以及正交相(Q)信號為差分。因此，I信號包含VI+信號以及VI-信號。相似地，Q信號包含VQ+信號以及VQ-信號。開關(guān)1322產(chǎn)生I+信號，開關(guān)1324產(chǎn)生I-信號，開關(guān)1326產(chǎn)生Q+信號，以及開關(guān)1328產(chǎn)生Q-信號。驅(qū)動開關(guān)1322、1324、1326以及1328的時鐘信號與圖8的時鐘信號相似。
開關(guān)1322的輸出由電容1356以及電阻1357終止。開關(guān)1324的輸出由電容1358以及電阻1359終止。開關(guān)1326的輸出由電容1366以及電阻1367終止。開關(guān)1328的輸出由電容1368以及電阻1369終止。
根據(jù)濾波器1300，開關(guān)1322(也可以為開關(guān)1324、1326以及1328)的輸出端的具有3dB轉(zhuǎn)折頻率的低通響應(yīng)(使用曲線圖1372說明)，轉(zhuǎn)換為連接1304上的LO頻率，使用曲線圖1374說明。該響應(yīng)轉(zhuǎn)換為+fLO。簡單起見，為了方便說明，省略了3LO、5LO、7LO以及其它諧波。
LNA 1302的輸出端的連接1304，為高Q已濾波電壓，其中，已經(jīng)衰減了阻隔信號(blocker)。對于20MHz而言，典型的衰減在10-20dB范圍內(nèi)，而且以更高級的CMOS技術(shù)可以獲得更高的頻率阻隔信號(blocker)。該抑制(rejection)由共振時槽電路1306的阻抗以及無源混頻器中用的開關(guān)的串聯(lián)電阻所限制。
連接1304上的電路的輸出，然后提供給接收器鏈的其余元件，該接收器鏈的其余元件可以實現(xiàn)為不受到任何限制。
3dB轉(zhuǎn)折頻率“f-3dB”根據(jù)如下公式計算 其中，RT為槽電路1306在共振頻率的阻抗(ZT)，其中，在此實施例中，共振頻率為LO頻率，TLO＝1/fLO，為LO信號的時間周期，以及TON為每個開關(guān)切換為打開的周期，而且C為圖13的電容1356的值。
圖14為用于I以及Q已接收信號的接收器鏈的實施例的示意圖，其中，該接收器鏈?zhǔn)褂脼V波器的輸出，而該濾波器使用大約25％占空比拓撲而實現(xiàn)圖14中的單元與圖13中的單元相似，使用標(biāo)號14XX命名，其中XX指圖13中的相似單元。雖然圖14的實現(xiàn)給出了單端實現(xiàn)，但是濾波器結(jié)構(gòu)很容易就可以轉(zhuǎn)換為完全差分實現(xiàn)。
連接146上的輸入信號提供給放大器1402。在一個實施例中，放大器1402可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器，否則為Gm級。連接1404上的放大器1402的輸出為電壓信號。
連接1404上的電壓信號提供給槽電路1406。槽電路1406與上述槽電路1306相似。連接1404上的槽電路1406的輸出為電壓信號，稱作Vout。
連接1404上的電壓信號通過電容1411提供給開關(guān)1422、1424、1426以及1428。開關(guān)1422、1424、1426以及1428可以使用任何開關(guān)技術(shù)而實現(xiàn)，例如，BJT技術(shù)、FET技術(shù)，或者任何其它開關(guān)技術(shù)。開關(guān)1422、1424、1426以及1428如圖14所示描述為簡單的單刀單擲開關(guān)，以說明可以使用任何類型的開關(guān)用于產(chǎn)生上述切換信號。
在所述實施例中，同相(I)以及正交相(Q)信號為差分。因此，I信號包含VI+信號以及VI-信號。相似地，Q信號包含VQ+信號以及VQ-信號。開關(guān)1422產(chǎn)生I+信號，開關(guān)1424產(chǎn)生I-信號，開關(guān)1426產(chǎn)生Q+信號，以及開關(guān)1428產(chǎn)生Q-信號。驅(qū)動開關(guān)1422、1424、1426以及1428的時鐘信號與圖8的時鐘信號相似。
開關(guān)1422的輸出由電容1456以及電阻1457終止，而且開關(guān)1422的輸出提供給放大器1452的一個輸入。開關(guān)1424的輸出由電容1458以及電阻1459終止，而且開關(guān)1424的輸出提供給放大器1452的另一個輸入。開關(guān)1426的輸出由電容1466以及電阻1467終止，而且開關(guān)1426的輸出提供給放大器1462的一個輸入。開關(guān)1428的輸出由電容1468以及電阻1469終止，而且開關(guān)1428的輸出提供給放大器1462的另一個輸入。放大器1452以及1462可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器或者Gm級。放大器1452經(jīng)由連接1454提供差分I+out以及I-out信號。放大器1462經(jīng)由連接1464提供差分Q+out以及Q-out信號。
根據(jù)濾波器1400，在開關(guān)1422(也可以為開關(guān)1424、1426以及1428)的輸出端的具有3dB轉(zhuǎn)折頻率的濾波器響應(yīng)(如曲線圖1472描述)，轉(zhuǎn)換為連接1404上的LO頻率，如曲線圖1474描述。該響應(yīng)轉(zhuǎn)換為+fLO。簡單起見，為了方便說明，省略了3LO、5LO、7LO以及其它諧波。3dB轉(zhuǎn)折頻率“f-3dB”根據(jù)如下公式計算 其中，RT為槽電路在共振頻率的阻抗(ZT)，其中，在此實施例中，共振頻率為LO頻率，TLO＝1/fLO，為LO信號的時間周期，以及TON為每個開關(guān)切換為打開的周期，而且C為圖14的電容1456的值。
圖15為使用大約25％占空比拓撲實現(xiàn)的濾波器的替代實施例的示意圖。圖15中的單元與圖13中的單元相似，使用標(biāo)號15XX命名，其中XX指圖13中的相似單元。
濾波器1500描述了高Q濾波器的實施例，該高Q濾波器以發(fā)送頻率提供一個陷波(notch)響應(yīng)。連接146上的輸入信號提供給放大器1502。在一個實施例中，放大器1502可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器，否則作為Gm級。放大器1502的輸出在連接1504上為電壓信號。
連接1504上的電壓信號提供給槽電路1506。槽電路1506與上述槽電路306相似。連接1504上的槽電路1506的輸出為電壓信號，稱作Vout。連接1504上的信號提供給接收器1507，其中，接收器1507提供I以及Q輸出信號，無論接收器的實現(xiàn)是什么。
連接1504上的電壓信號通過電容1511提供給開關(guān)1522、1524、1526以及1528。開關(guān)1522、1524、1526以及1528可以使用任何開關(guān)技術(shù)而實現(xiàn)，例如，BJT技術(shù)、FET技術(shù)，或者任何其它開關(guān)技術(shù)。圖15的開關(guān)1522、1524、1526以及1528描述為簡單的單刀單擲開關(guān)，以說明可以用于產(chǎn)生上述切換信號的任何類型開關(guān)。
開關(guān)1522以及1524的輸出連接到電路模塊1552，開關(guān)1526以及1528的輸出連接到電路模塊1562。電路模塊1552以及1562在基帶頻率提供高通形狀(high pass shape)的負載阻抗，如曲線圖1572所示。這樣的終端阻抗(termination impedance)的實施例為具有反饋電阻的高增益放大器虛擬地連接。一般說來，可以使用包含反饋電路的其它實現(xiàn)，其中，反饋電路分析基帶頻率(典型地，在MHz到10MHz的范圍內(nèi))的感性負載(inductive load)。
根據(jù)濾波器1500，在連接1504產(chǎn)生LO頻率的陷波濾波器響應(yīng)。如果選擇LO頻率為發(fā)送頻率，那么就在發(fā)送頻率創(chuàng)建如曲線圖1574所示的陷波響應(yīng)。在發(fā)送頻率具有陷波響應(yīng)，可以對接收器輸入端的任何發(fā)送阻隔信號進行濾波。
圖16為使用LO 2LO拓撲實現(xiàn)的濾波器的替代實施例的示意圖，該使用LO 2LO拓撲實現(xiàn)的濾波器實現(xiàn)為在發(fā)送器中濾除噪聲。
無源混頻器1600給出了發(fā)送器中實現(xiàn)的高Q濾波器的實施例的示意圖。連接1601上的輸入信號為發(fā)送輸入信號，該發(fā)送輸入信號可以由任何發(fā)送器提供，其中，任何發(fā)送器包含發(fā)送器110(圖1)。發(fā)送信號提供給放大器1602。在一個實施例中，放大器1602可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器，否則作為Gm級。連接1604上的放大器1602的輸出為電壓信號。
連接1604上的電壓信號提供給槽電路1606。槽電路1606與上述槽電路306相似。連接1604上的槽電路1606的輸出為電壓信號，稱為Vout，而且在此例中為發(fā)送信號，該發(fā)送信號提供給功率放大器或者功率放大器驅(qū)動器140(圖1)。放大器140放大發(fā)送信號，然后在連接114上提供發(fā)送信號。
連接1604上的電壓信號通過電容1611發(fā)送給開關(guān)1622、1624、1626以及1628。開關(guān)1622、1624、1626以及1628可以使用任何開關(guān)技術(shù)而實現(xiàn)，例如，BJT技術(shù)、FET技術(shù)、或者任何其它開關(guān)技術(shù)。圖16的開關(guān)1622、1624、1626以及1628描述為單刀單擲開關(guān)，以說明用于產(chǎn)生上述切換信號的任何類型開關(guān)。
在上述實施例中，同相(I)以及正交相(Q)信號為差分。因此，I信號包含I+以及I-信號。相似地，Q信號包含Q+以及Q-信號。開關(guān)1622產(chǎn)生I+信號，開關(guān)1624產(chǎn)生I-信號，開關(guān)1626產(chǎn)生Q+信號，以及開關(guān)1628產(chǎn)生Q-信號。驅(qū)動開關(guān)1622、1624、1626以及1628的時鐘信號與圖8中的時鐘信號相似。
開關(guān)1622的輸出由電容1656以及電阻1657終止。開關(guān)1624的輸出由電容1658以及電阻1659終止。開關(guān)1626的輸出由電容1666以及電阻1667終止。開關(guān)1628的輸出由電容1668以及電阻1669終止。
根據(jù)濾波器1600，由LO以及2LO信號創(chuàng)建濾波器響應(yīng)，其中，LO以及2LO信號驅(qū)動開關(guān)1622、1624、1626以及1628。這些LO以及2LO信號選擇為分別對應(yīng)TXLO以及2TXLO。此配置在連接1604上提供濾波器響應(yīng)，如曲線圖1674所示。
位于基帶頻率的濾波器響應(yīng)，低通響應(yīng)，經(jīng)由此拓撲轉(zhuǎn)換為TXLO頻率。這樣在節(jié)點1604創(chuàng)建了一個非常高Q濾波器，該高Q濾波器抑制了TX信號的帶寬以外存在的信號。對于GSM應(yīng)用而言，20MHz偏移或者用于WCDMA的45MHz、90MHz、180MHz的更高頻率的偏移而言，dBc/Hz噪聲在節(jié)點1604與輸入節(jié)點1601相比，衰減。濾波器的帶寬可以調(diào)整，相應(yīng)的衰減可以通過選擇用于電容1656、1658、1666以及1668的電容的期望的值而進行調(diào)整。
作為此拓撲的產(chǎn)品，已下變頻I以及Q差分信號在基帶電容器1656、1658、1666以及1668為可以獲得。作為一個例子，通過電容器1656、1658、1666以及1668的輸出可以用于發(fā)送器的校準(zhǔn)。
圖17為使用n個采樣保持開關(guān)，以及具有n個基帶輸出的無源混頻器以及濾波器拓撲的一般實現(xiàn)的示意圖。低噪聲放大器的輸出經(jīng)由連接146被接收。這作為圖1的接收器120的輸入信號。連接146上的輸入信號提供給放大器1702。在一個實施例中，放大器1702可以為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納放大器，否則作為Gm級。連接1704上的放大器1702的輸出為電壓信號。
連接1704上的電壓信號提供給槽電路1706。槽電路1706與上述槽電路306相似。
連接1704上的信號通過電容1711提供給開關(guān)1722-1至1722-(n-1)。圖17的一般實現(xiàn)中，n開關(guān)1722-1至1722-(n-1)用在信號路徑上，每個開關(guān)具有占空比≤(100/n)％。開關(guān)1722-1至1722-(n-1)由分別的時鐘信號CLK_0至CLK_(n-1)驅(qū)動。在此應(yīng)用中討論的實現(xiàn)，是n＝2的特例。盡管如此，可以在接收器拓撲中使用n個基帶輸出，其中，每個RF周期可能需要多于兩個采樣。隨著n增加，增益接近0dB。例如，第三以及第五諧波抑制接收器結(jié)構(gòu)可以使用n＝8以產(chǎn)生Rf波形的0、45、90、135、180、225、270以及315度采樣。對于n＝8的情況，圖17中標(biāo)記為V0，V1，....V(n-1)的輸出，分別對應(yīng)0、45、90、135、180、225、270以及315度采樣。諧波抑制混頻器就可以使用這些多個相位的加權(quán)和實現(xiàn)。
該技術(shù)在時域?qū)F信號分割(splitting)給為n個獨立路徑，而不增加額外電路模塊的有效方法，其中，增加額外電路模塊可能嚴(yán)重地降低性能，或者增加功耗或者裸芯片面積。在電壓域的n抽頭(tap)無源混頻器或者采樣保持混頻器方法保持了節(jié)點146的濾波器的Q增加的好處，而且已經(jīng)對于n＝2進行了詳細討論。
圖18為無源混頻器以及使用LO 2LO結(jié)構(gòu)的濾波器的實施例的運作的流程圖1800。在流程圖中的方塊可以按方塊順序或者不按順序而執(zhí)行。
在方塊1802中，為混頻器核心提供LO信號。在方塊1804中，為混頻器核心提供二倍的LO信號頻率的信號(2LO)。在方塊1806中，混頻器核心的輸出根據(jù)2LO信號切換。
本發(fā)明的多個實施例已經(jīng)描述如上，然對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，遵循本發(fā)明的范圍，還有更多的實施例以及實現(xiàn)。例如，本發(fā)明不限于RF發(fā)送器或者收發(fā)器的特定類型。本發(fā)明的實施例可以用于將已接收信號上變頻或者下變頻，或者對該信號濾波的RF接收器以及收發(fā)器的不同類型中。
權(quán)利要求
1.一種無源混頻器，包含
切換結(jié)構(gòu)，配置為使用第一振蕩器信號的差分成分、以及第二振蕩器信號的差分成分，產(chǎn)生差分同相信號以及差分正交相信號，其中，該第二振蕩器信號的頻率為該第一振蕩器信號頻率的二倍。
2.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)配置為在該第二振蕩器信號過渡時，切換該輸入信號。
3.如權(quán)利要求2所述的無源混頻器，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有效本地振蕩器信號，該有效本地振蕩器信號在該第一本地振蕩器信號穩(wěn)定的時間周期內(nèi)切換該輸入信號。
4.如權(quán)利要求3所述的無源混頻器，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)進一步包含
第一組開關(guān)，配置為由該第二本地振蕩器信號控制；以及
第二組開關(guān)，配置為由該第一本地振蕩器信號控制。
5.如權(quán)利要求3所述的無源混頻器，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)進一步包含
單一開關(guān)，該單一開關(guān)用于該差分同相信號以及該差分正交相信號的每一者，每一開關(guān)以該有效本地振蕩器信號的頻率運行。
6.如權(quán)利要求5所述的無源混頻器，其特征在于，該單一開關(guān)的輸出以及該單一開關(guān)的輸入之間的電壓擺幅大致上被消除。
7.一種無源濾波器，包含
濾波混頻器，配置為接收放大器的輸出；以及
切換結(jié)構(gòu)，該切換結(jié)構(gòu)位于該濾波混頻器內(nèi)，該切換結(jié)構(gòu)配置為使用第一本地振蕩器信號的差分成分以及第二本地振蕩器信號的差分成分產(chǎn)生差分同相信號以及差分正交相信號，該第二本地振蕩器信號的頻率為該第一本地振蕩器信號的頻率的二倍。
8.如權(quán)利要求7所述的無源濾波器，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)進一步包含
單一開關(guān)，用于該差分同相信號以及該差分正交相信號的每一者，每一開關(guān)以該有效本地振蕩器信號的頻率運行。
9.如權(quán)利要求7所述的無源濾波器，其特征在于，該濾波混頻器提供低通濾波器響應(yīng)。
10.如權(quán)利要求9所述的無源濾波器，其特征在于，該濾波混頻器在發(fā)送頻率提供陷波濾波器響應(yīng)。
11.一種混頻信號的方法，包含
提供輸入信號；以及
使用第一本地振蕩器信號的差分成分以及第二本地振蕩器信號的差分成分產(chǎn)生差分同相信號以及差分正交相信號，以及該第二本地振蕩器信號的頻率為該第一本地振蕩器信號的頻率的二倍。
12.如權(quán)利要求11所述的混頻信號的方法，其特征在于，進一步包含在該差分第二本地振蕩器信號的過渡時，切換該輸入信號。
13.如權(quán)利要求12所述的混頻信號的方法，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有效本地振蕩器信號，該有效本地振蕩器信號在該第一本地振蕩器穩(wěn)定的時間周期內(nèi)切換該輸入信號。
14.如權(quán)利要求12所述的混頻信號的方法，其特征在于，進一步包含
提供該第一本地振蕩器信號的差分成分，以及該第二本地振蕩器信號的差分成分，其中該第二本地振蕩器信號的頻率為該第一本地振蕩器信號的頻率的二倍；
為該濾波混頻器提供參考頻率信號；以及
對射頻輸入信號濾波。
15.如權(quán)利要求14所述的混頻信號的方法，其特征在于，該參考頻率為對應(yīng)一接收本地振蕩器信號的信號，其中，該參考頻率為該接收本地振蕩器信號的頻率的二倍。
16.如權(quán)利要求14所述的混頻信號的方法，其特征在于，該參考頻率為對應(yīng)一發(fā)送本地振蕩器信號的信號，其中，該參考頻率信號為該發(fā)送本地振蕩器信號的頻率的二倍。
17.一種無源混頻器，包含
切換結(jié)構(gòu)，配置為使用同相信號以及正交相信號的差分成分，產(chǎn)生差分同相信號以及差分正交相信號，該同相信號以及正交相信號運行在大約25％占空比信號的過渡。
18.如權(quán)利要求17所述的無源混頻器，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)配置為在該大約25％占空比信號的過渡時切換該輸入信號。
19.如權(quán)利要求17所述的無源混頻器，其特征在于，該切換結(jié)構(gòu)形成高Q濾波器。
20.一種無源混頻器，該無源混頻器配置為使用n個無源混頻器，產(chǎn)生RF輸入的n個基帶采樣，該n個無源混頻器配置為由本地振蕩器信號切換，其中，該本地振蕩器信號大約為(100/n)％占空比。
全文摘要
一種無源混頻器，包含切換結(jié)構(gòu)，配置為使用同相以及正交相信號的差分成分產(chǎn)生差分同相信號以及差分正交相信號，其中，該同相以及正交相信號運行在大約25％占空比信號的過渡。
文檔編號H03D7/00GK101809859SQ200880021901
公開日2010年8月18日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者拉賈瑟卡爾·普雷拉, 默罕默德·艾·賽義德 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司