專利名稱：具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種針對(duì)傳統(tǒng)吉爾伯特混頻器的電路改進(jìn)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)Gilbert結(jié)構(gòu)的正交開(kāi)關(guān)混頻器如圖1_3所示，I路混頻子塊11和Q路混頻 子塊21均為電流開(kāi)關(guān)型雙平衡結(jié)構(gòu)，并分別連接一個(gè)獨(dú)立作為轉(zhuǎn)換放大電路的跨導(dǎo)級(jí)電 路，兩個(gè)跨導(dǎo)級(jí)電路分別將射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。在I路混頻子塊中，電流信號(hào) 分別流入由MOS管M1、M2及M3、M4組成的差分對(duì)，兩個(gè)差分對(duì)輸出交叉耦合得到混頻之后 的電流輸出信號(hào)。Q路混頻子塊結(jié)構(gòu)完全相同。每個(gè)MOS管的柵極加載本振信號(hào)(LO)，同 個(gè)差分對(duì)里，兩個(gè)MOS管的柵極本振信號(hào)相差π個(gè)相位。本振信號(hào)一般由一個(gè)壓控振蕩器 (VCO)產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻電路分別提供給I路和Q路混頻子塊，兩路信號(hào)相差π/2個(gè)相 位。一個(gè)帶有本振信號(hào)的晶體管形成一個(gè)具有1/2占空比的開(kāi)關(guān)單元。由于射頻電流在正 交混頻器內(nèi)分流，這種結(jié)構(gòu)混頻器的電流轉(zhuǎn)換增益為1/2*2/π，即-10dB。此外，兩個(gè)獨(dú)立 的跨導(dǎo)級(jí)電路會(huì)造成失配，且由于正交混頻器的兩個(gè)子混頻電路均為Gilbert型開(kāi)關(guān)混頻 器，混頻器電路固有的缺點(diǎn)沒(méi)有得到任何改善，如低頻閃爍噪聲、二次非線性失真等。一種改進(jìn)的正交混頻器如圖4-5所示，利用2倍頻及1倍頻本振信號(hào)的組合串聯(lián) 實(shí)現(xiàn)了等效的1/4占空比開(kāi)關(guān)波形，從而使正交混頻器的跨導(dǎo)級(jí)電路合并。該結(jié)構(gòu)可以將 電流轉(zhuǎn)換增益由圖1中的1/n改善到V 2/π，即增加了 3dB。同時(shí)由于每個(gè)時(shí)刻內(nèi)僅有一 個(gè)從射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的支路導(dǎo)通，使得由于開(kāi)關(guān)器件引起的二次非線性失真及低頻閃 爍噪聲均得到改善。圖2中的2倍頻本地振蕩信號(hào)一般由VCO直接產(chǎn)生，而正交本振信號(hào) 通過(guò)二分頻電路得到。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該結(jié)構(gòu)中需要一個(gè)工作在2倍本振頻率的緩沖放 大電路3，從而需要額外的功耗損耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的低頻閃爍噪聲、二次非線性失真或額外功耗的問(wèn)題， 本發(fā)明提供一種具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，通過(guò)設(shè)置一個(gè)由兩個(gè)晶 體管串聯(lián)形成的四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元，達(dá)到在不需要額外功耗的前提下改善電路性能 的目的。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，包括轉(zhuǎn)換放大電路塊，接收射頻電壓信號(hào)并對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換放大，輸出射頻電流 信號(hào)；開(kāi)關(guān)混頻電路塊，將本振信號(hào)和轉(zhuǎn)換放大電路塊輸出的射頻電流信號(hào)進(jìn)行混頻；其特征在于所述的開(kāi)關(guān)混頻電路塊包括I路混頻子塊和Q路混頻子塊，每個(gè)混頻 子塊分別包括正交對(duì)稱設(shè)置的一正極開(kāi)關(guān)單元組和一負(fù)極開(kāi)關(guān)單元組，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元組包 括兩個(gè)共輸入端的四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元，每個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元包括兩個(gè)串聯(lián)
3的晶體管，每個(gè)晶體管都具有一本振信號(hào)輸入極，同個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元內(nèi)兩個(gè)晶 體管所輸入的本振信號(hào)相差η/2個(gè)相位。相差π/2個(gè)相位的本振信號(hào)可通過(guò)采用經(jīng)過(guò)二 分頻的VCO信號(hào)，即將傳統(tǒng)Gilbert結(jié)構(gòu)的正交開(kāi)關(guān)混頻器中Q路混頻子塊的本振信號(hào)引 入I路，也將I路混頻子塊的本振信號(hào)引入Q路。也可采用其他方法達(dá)到產(chǎn)生η /2個(gè)相位 差本振信號(hào)的目的。這樣，在同一時(shí)刻，本方案的混頻器從射頻電流輸入端到中頻信號(hào)輸出 端只有一條支路導(dǎo)通，有效改善了二次非線性失真及低頻閃爍噪聲。與現(xiàn)有技術(shù)二相比， 本方案不需要加額外的工作在2倍本振(2*L0)頻率的緩沖放大電路，減小了工作電流和功 耗。此外，現(xiàn)有技術(shù)二中，2倍頻LO信號(hào)與LO信號(hào)的時(shí)序發(fā)生隨機(jī)變化，電路的增益將會(huì)可 能發(fā)生改變，此類問(wèn)題在本方案中并不存在。作為對(duì)上述技術(shù)方案的完善和補(bǔ)充，本發(fā)明進(jìn)一步采取如下技術(shù)措施或是這些措 施的任意組合所述I路與Q路混頻子塊內(nèi)的兩個(gè)正極開(kāi)關(guān)單元組的輸入端都連接至一轉(zhuǎn)換放大 電路塊的正極電流輸出端，所述I路與Q路混頻子塊內(nèi)的兩個(gè)負(fù)極開(kāi)關(guān)單元組的輸入端都 連接至同一轉(zhuǎn)換放大電路塊的負(fù)極電流輸出端。由于本發(fā)明采用了“四分之一占空比開(kāi)關(guān) 單元”，使I路與Q路混頻子塊可以共用一個(gè)轉(zhuǎn)換放大電路塊而不用擔(dān)心兩路之間的互相串 擾，從而將電流轉(zhuǎn)換增益從傳統(tǒng)的1/ JI改善到V 2/ π，即增加了 3dB，且不需要增加額外功耗。所述的晶體管為場(chǎng)效應(yīng)管，一個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元內(nèi)，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián) 后從源極接收射頻電流信號(hào)，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別輸入I路和Q路的本振信號(hào)。所述的晶體管為雙極結(jié)型晶體管，一個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元內(nèi)，兩個(gè)雙極結(jié) 型晶體管串聯(lián)后從發(fā)射極接收射頻電流信號(hào)，兩個(gè)雙極結(jié)型晶體管的基極分別輸入I路和 Q路的本振信號(hào)。晶體管的類型可根據(jù)需要來(lái)選擇。有益效果本發(fā)明通過(guò)通過(guò)對(duì)1/2占空比的正交本地振蕩信號(hào)的組合串聯(lián)使得該 正交混頻器有效的開(kāi)關(guān)波形占空比變?yōu)?/4，從而使得RF到IF的路徑中在每個(gè)時(shí)刻內(nèi)僅有 一個(gè)通路導(dǎo)通，有效改善了混頻器由于開(kāi)關(guān)器件引起的二次非線性失真和低頻閃爍噪聲。 同時(shí)可以使正交混頻器電路可以共享同一個(gè)跨導(dǎo)級(jí)電路，減小由于不同跨導(dǎo)級(jí)電路引起的 失配，并增大了電流增益。


圖1為傳統(tǒng)的吉爾伯特結(jié)構(gòu)正交混頻器原理示意圖2為圖1的I路混頻子塊結(jié)構(gòu)示意圖3為圖1的Q路混頻子塊結(jié)構(gòu)示意圖4為現(xiàn)有的改進(jìn)型正交混頻器原理示意圖5為圖4的兩路混頻子塊及緩沖放大電路結(jié)構(gòu)示意圖
圖6為本發(fā)明混頻器的原理示意圖7為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明工作狀態(tài)下的邏輯開(kāi)關(guān)波形具體實(shí)施例方式如圖6-7所示的具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，VCO產(chǎn)生的本 振信號(hào)LO經(jīng)過(guò)2分頻器分成兩路相位差π /2的信號(hào)L0_I和L0_Q。開(kāi)關(guān)混頻電路塊包括 I路混頻子塊12和Q路混頻子塊22，每個(gè)混頻子塊分別包括正交對(duì)稱設(shè)置的一正極開(kāi)關(guān)單 元組和一負(fù)極開(kāi)關(guān)單元組(如晶體管Mlb、M2b、Mia、M2a形成I路負(fù)極開(kāi)關(guān)單元組)，每個(gè) 開(kāi)關(guān)單元組包括兩個(gè)共輸入端的四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元13，每個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單 元包括兩個(gè)串聯(lián)的晶體管(如Mlb和Mla)，這兩個(gè)晶體管分別加載L0_I路和L0_Q路的相 差η/2個(gè)相位的本振信號(hào)。在這兩個(gè)相差π/2個(gè)相位的本振信號(hào)控制下，一個(gè)四分之一 占空比開(kāi)關(guān)單元的導(dǎo)通時(shí)間為四分之一周期，具體參見(jiàn)圖8，通過(guò)對(duì)1/2占空比差分正交LO 的串聯(lián)組合，得到了圖中的下半部等效開(kāi)關(guān)波形，可以看出每個(gè)時(shí)刻內(nèi)RF(IRF)到IF(BB_ I、BB_Q)的路徑中僅有一個(gè)通路導(dǎo)通。I路混頻子塊12和Q路混頻子塊22可共用一個(gè)轉(zhuǎn)換放大電路塊(跨導(dǎo)級(jí)電路)， 圖中未5，可采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元可采用場(chǎng)效應(yīng)管或者雙極結(jié)型晶體管串聯(lián)制 成，也可采用其他工藝的器件。本發(fā)明的混頻器不限于有源混頻器結(jié)構(gòu)，還包括其他基于本專利思想實(shí)現(xiàn)的正交 混頻器電路，包括電流或電壓模式的無(wú)源混頻器等。應(yīng)當(dāng)指出，本實(shí)施例僅列示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任 何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因 此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書(shū)所列。
權(quán)利要求
具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，包括轉(zhuǎn)換放大電路塊，接收射頻電壓信號(hào)并對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換放大，輸出射頻電流信號(hào)；開(kāi)關(guān)混頻電路塊，將本振信號(hào)和轉(zhuǎn)換放大電路塊輸出的射頻電流信號(hào)進(jìn)行混頻；其特征在于所述的開(kāi)關(guān)混頻電路塊包括I路混頻子塊和Q路混頻子塊，每個(gè)混頻子塊分別包括正交對(duì)稱設(shè)置的一正極開(kāi)關(guān)單元組和一負(fù)極開(kāi)關(guān)單元組，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元組包括兩個(gè)共輸入端的四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元，每個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元包括兩個(gè)串聯(lián)的晶體管，每個(gè)晶體管都具有一本振信號(hào)輸入極，同個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元內(nèi)兩個(gè)晶體管所輸入的本振信號(hào)相差π/個(gè)相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，其特征在 于所述I路與Q路混頻子塊內(nèi)的兩個(gè)正極開(kāi)關(guān)單元組的輸入端都連接至一轉(zhuǎn)換放大電路 塊的正極電流輸出端，所述I路與Q路混頻子塊內(nèi)的兩個(gè)負(fù)極開(kāi)關(guān)單元組的輸入端都連接 至同一轉(zhuǎn)換放大電路塊的負(fù)極電流輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，其特 征在于所述的晶體管為場(chǎng)效應(yīng)管，一個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元內(nèi)，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)后 從源極接收射頻電流信號(hào)，兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別輸入I路和Q路的本振信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，其特 征在于所述的晶體管為雙極結(jié)型晶體管，一個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元內(nèi)，兩個(gè)雙極結(jié)型 晶體管串聯(lián)后從發(fā)射極接收射頻電流信號(hào)，兩個(gè)雙極結(jié)型晶體管的基極分別輸入I路和Q 路的本振信號(hào)。
全文摘要
具有四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元的正交混頻器電路，涉及通信技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)存在功耗大、失配、低頻閃爍噪聲、二次非線性失真等缺陷，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)混頻電路塊包括I路混頻子塊和Q路混頻子塊，每個(gè)混頻子塊分別包括正交對(duì)稱設(shè)置的一正極開(kāi)關(guān)單元組和一負(fù)極開(kāi)關(guān)單元組，每個(gè)開(kāi)關(guān)單元組包括兩個(gè)共輸入端的四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元，每個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元包括兩個(gè)串聯(lián)的晶體管，每個(gè)晶體管都具有一本振信號(hào)輸入極，同個(gè)四分之一占空比開(kāi)關(guān)單元內(nèi)兩個(gè)晶體管所輸入的本振信號(hào)相差π/2個(gè)相位。使得RF到IF的路徑中在每個(gè)時(shí)刻內(nèi)僅有一個(gè)通路導(dǎo)通，有效改善了二次非線性失真和低頻閃爍噪聲，減小失配，增大了電流增益。
文檔編號(hào)H03D7/14GK101944881SQ20091005464
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者惲廷華 申請(qǐng)人:智邁微電子科技(上海)有限公司