本發(fā)明涉及到一種電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器，屬于混頻器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在射頻接收系統(tǒng)中，混頻器作為射頻前端關(guān)鍵模塊，其功耗水平在接收鏈路中占據(jù)了可觀的份額。針對混頻器的低功耗設(shè)計方法和電路結(jié)構(gòu)一直是業(yè)界的研究熱點，而降低電源電壓和減少偏置電流是降低功耗的主要途徑。而當半導(dǎo)體工藝尺寸到達40nm以下時，短溝道晶體管的有限輸出阻抗給偏置電流的精確設(shè)置帶來了挑戰(zhàn)。對于如GPS等衛(wèi)星信號接收機，射頻前端需實現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換增益以實現(xiàn)對噪聲的抑制。傳統(tǒng)提高轉(zhuǎn)換增益的方法在于提高射頻跨導(dǎo)或者增大負載阻抗。前者通常以提高功耗為代價，而后者常犧牲帶寬為代價。本發(fā)明通過復(fù)制流過共柵管的下變頻電流并注入到負載級，由于共柵管的偏置電流遠低于射頻跨導(dǎo)級，本發(fā)明僅增加了稍許功耗，在不影響輸出帶寬的前提下實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換增益的倍增。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了顯著降低混頻器的功耗水平，本發(fā)明提出一種電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器，包括自偏置輸入跨導(dǎo)級、無源本振開關(guān)和低電壓跨阻放大器，在自偏置輸入跨導(dǎo)級設(shè)有自偏置跨導(dǎo)級結(jié)合電容耦合的電流鏡的方式，一方面起到了跨導(dǎo)級電流和跨阻放大器的復(fù)用效果，另一方面可較為精確地固定跨阻放大器的偏置電流，在低電壓跨阻放大器中引入一個額外的差分對，在跨導(dǎo)增強電路的作用下，共柵管的源極相當于虛地。差分對中的跨導(dǎo)管將復(fù)制共柵管的電流并注入到負載。由此將下變頻后的電流進行了倍增。本發(fā)明相比傳統(tǒng)無源混頻器，本發(fā)明同時降低電源電壓和偏置電流，實現(xiàn)了更高的功效，在提高了轉(zhuǎn)換增益的同時改善了噪聲性能。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器，包括自偏置輸入跨導(dǎo)級、無源本振開關(guān)和低電壓跨阻放大器，其中，所述自偏置輸入跨導(dǎo)級包括鏡像PMOS跨導(dǎo)管和自偏置電路，自偏置電路設(shè)有自偏置PMOS跨導(dǎo)管，無源本振開關(guān)輸入本振信號，自偏置輸入跨導(dǎo)級的鏡像PMOS跨導(dǎo)管與自偏置PMOS跨導(dǎo)管采用電容耦合的方式，通過無源本振開關(guān)共同為低電壓跨阻放大器提供偏置電流，且通過形成的PMOS跨導(dǎo)管陣列分出部分電流同時為無源本振開關(guān)中的開關(guān)管和負載級電路提供偏置電流；所述低電壓跨阻放大器為跨導(dǎo)增強結(jié)構(gòu)，低電壓跨阻放大器包括NMOS管共源放大器、PMOS管共柵管和差分對，差分對包括PMOS管組成的跨導(dǎo)管，通過NMOS管共源放大器為PMOS管共柵管提升跨導(dǎo)，差分對的跨導(dǎo)管與PMOS管共柵管尺寸相同，并偏置在相同的直流電流下，差分對的柵極與PMOS共柵管的柵極相連，在跨導(dǎo)增強結(jié)構(gòu)電路的作用下，PMOS管共柵管的源極相當于虛地，差分對中的跨導(dǎo)管復(fù)制PMOS管共柵管的電流并注入到負載，將下變頻后的電流進行了倍增。

作為優(yōu)選，構(gòu)成自偏置輸入跨導(dǎo)級的第一NMOS管NM1、第六NMOS管NM6、第一PMOS管PM1、第九PMOS管PM9、第一電阻R1、第二電阻R2、第五電阻R5、第一電容C1、第三電容C3和第四電容C4；構(gòu)成無源本振開關(guān)的第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3，其中：

所述第一NMOS管NM1的源極接地，第一NMOS管NM1的柵極為電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的輸入信號端，第一NMOS管NM1的漏極接第一PMOS管PM1的漏極；第一電阻R1的負極接第一偏置電壓，第一電阻R1的正極接第一NMOS管NM1的柵極；第一PMOS管PM1的源極接電源電壓，第一PMOS管PM1的柵極極接第一電容C1的負極；第一電容C1的正極接第一NMOS管NM1的柵極；第二電阻R2的正極接第一PMOS管PM1的柵極，第二電阻R2的負極接第四電容C4的正極，第四電容C4的負極接電源；第六NMOS管NM6的源極接地，第六NMOS管NM6的柵極接第二偏置電壓，第六NMOS管NM6的漏極接第二電阻R2的負極；第五電阻R5的正極接第一NMOS管NM1的漏極，第五電阻R5的負極接第六NMOS管NM6的漏極；第三電容C3的正極接第一PMOS管PM1的漏極，第三電容C3的負極接第九PMOS管PM9的漏極，第九PMOS管PM9的源極接電源電壓，第九PMOS管PM9的柵極接第一PMOS管PM1的柵極；

所述第二NMOS管NM2的柵極接本振信號的正極，第二NMOS管NM2的漏極接第九PMOS管PM9的漏極；第三NMOS管NM3的柵極接本振信號的負極，第三NMOS管NM3的漏極接第九PMOS管PM9的漏極；第二NMOS管NM2的源極和第三NMOS管NM3的源極分別連接低電壓跨阻放大器的兩路信號輸入端。

作為優(yōu)選，所述電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器包括構(gòu)成無源本振開關(guān)的第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3，構(gòu)成低電壓跨阻放大器的第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第八PMOS管PM8、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第三電阻R3、第四電阻R4和第二電容C2，其中，

所述第二NMOS管NM2的漏極接第三NMOS管NM3的漏極，其連接點連接至互補輸入跨導(dǎo)級的信號輸出端，第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3的柵極分別接本振信號的正極和負極，第二NMOS管NM2的源極接第二PMOS管PM2的源極，第三NMOS管NM3的源極接第三PMOS管PM3的源極，第二電容C2的上極板接第三NMOS管NM3的源極，第二電容C2的下極板接第二NMOS管NM2的源極，第二PMOS管PM2的漏極為電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的輸出信號正極，第三電阻R3的正極接第二PMOS管PM2的漏極，第三電阻R3的負極接地，第二PMOS管PM2的柵極接第四NMOS管NM4的漏極；

所述第四PMOS管PM4的源極、第五PMOS管PM5的源極和第六PMOS管PM6的源極相接，其連接點連接電源電壓；第四PMOS管PM4的柵極、第五PMOS管PM5的柵極和第六PMOS管PM6的柵極相接，其連接點接第三偏置電壓；第四PMOS管PM4的漏極接第四NMOS管NM4的漏極，第四NMOS管NM4的柵極接第二NMOS管NM2的源極；第三PMOS管PM3的柵極、第五NMOS管NM5的漏極和第五PMOS管PM3的漏極相接，第三PMOS管PM3的漏極為電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的輸出信號負極；第四NMOS管NM4的源極和第五NMOS管NM5的源極接地；第五NMOS管NM5的柵極接第三PMOS管PM3的源極；第四電阻R4的正極接第三PMOS管PM3的漏極，第四電阻R4的負極接地；第六PMOS管PM6的漏極、第七PMOS管PM7的源極和第八PMOS管PM8的源極相接，第七PMOS管PM7的柵極接第二PMOS管PM2的柵極，第七PMOS管PM7的漏極接第二PMOS管PM2的漏極，第八PMOS管PM8的柵極接第三PMOS管PM3的柵極，第八PMOS管PM8的漏極接第三PMOS管PM3的漏極。

有益效果：本發(fā)明提出的電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下效果：該混頻器由自偏置輸入跨導(dǎo)級、單平衡開關(guān)對、跨阻放大器構(gòu)成，其自偏置輸入跨導(dǎo)級為CMOS結(jié)構(gòu)，可偏置在較低的電源電壓下；跨阻放大器為融入跨導(dǎo)自舉技術(shù)的共柵放大器，為降低電源電壓，跨導(dǎo)自舉電路采用了NMOS輸入的共源放大器結(jié)構(gòu)；自偏置輸入跨導(dǎo)級通過混頻器的開關(guān)管與跨阻級構(gòu)成電流復(fù)用，降低了總體偏置電流；在自偏置輸入跨導(dǎo)級，NMOS管和PMOS管一起向開關(guān)級注入射頻電流，獲得了較高的等效跨導(dǎo)，跨阻放大器通過增益自舉可獲得足夠低的輸入阻抗，可充分吸收變頻后的電流并將其在負載電阻上轉(zhuǎn)換成輸出電壓，由于對共柵管進行了跨導(dǎo)自舉，使得從負載電阻端往上看過去的阻抗更高，因此可以進一步提高負載電阻值而不會帶來增益壓縮效應(yīng)。

此外，由于短溝道晶體管的輸出阻抗較低，如果用設(shè)置PMOS跨導(dǎo)管和NMOS跨導(dǎo)管偏置電流差值來為跨阻放大器進行偏置的方法，將會給跨阻放大器的實際偏置電流帶來很大的不確定性。本發(fā)明通過對PMOS跨導(dǎo)管采取自偏置，以及鏡像一部分PMOS跨導(dǎo)電流注入跨阻放大器的方式，確保了跨導(dǎo)級晶體管處于飽和區(qū)，并保證了跨阻放大器的偏置電流處于合理的范圍內(nèi)。其中鏡像PMOS跨導(dǎo)管與自偏置PMOS跨導(dǎo)管采用電容耦合的方式，對射頻信號而言相當于直接并聯(lián)，共同提供射頻電流。同時，為了實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換增益，本發(fā)明的低電壓跨阻放大器引入一個額外的差分對，該差分對的跨導(dǎo)管與共柵管尺寸相同，并偏置在相同的直流電流下，其柵極與共柵管的柵極相連，在跨導(dǎo)增強電路的作用下，共柵管的源極相當于虛地，差分對中的跨導(dǎo)管將復(fù)制共柵管的電流并注入到負載，由此將下變頻后的電流進行了倍增，從而提高了轉(zhuǎn)換增益并改善了噪聲性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的一個優(yōu)選實施例的電路圖；

圖2為包含本發(fā)明的電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的射頻前端的轉(zhuǎn)換增益隨輸入頻率變化的曲線圖以及去掉電流倍增效果后的轉(zhuǎn)換增益隨輸入頻率變化的曲線圖，分別以實線和虛線表示。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1所示為一種電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器，包括自偏置輸入跨導(dǎo)級、無源本振開關(guān)以及低電壓跨阻放大器；低電壓跨阻放大器為跨導(dǎo)增強結(jié)構(gòu)，通過N型金屬氧化物晶體管(以下簡稱NMOS管)共源放大器為P型金屬氧化物晶體管(以下簡稱PMOS管)共柵管提升跨導(dǎo)。此外本發(fā)明引入一個額外的差分對，該差分對的跨導(dǎo)管與共柵管尺寸相同，并偏置在相同的直流電流下，其柵極與共柵管的柵極相連。差分對中的跨導(dǎo)管將復(fù)制共柵管的電流并注入到負載，從而將下變頻后的電流進行倍增。本發(fā)明對跨導(dǎo)級采用了自偏置技術(shù)，從PMOS跨導(dǎo)管陣列中分出一部分同時為開關(guān)管和負載級電路提供偏置電流。

如圖1所示，本實施例中，所述電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器包括構(gòu)成自偏置輸入跨導(dǎo)級的第一NMOS管NM1、第六NMOS管NM6、第一PMOS管PM1、第九PMOS管PM9、第一電阻R1、第二電阻R2、第五電阻R5、第一電容C1、第三電容C3和第四電容C4；構(gòu)成無源本振開關(guān)的第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3，構(gòu)成低電壓跨阻放大器的第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第八PMOS管PM8、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第三電阻R3、第四電阻R4和第二電容C2，其中，

所述第一NMOS管NM1的源極接地，第一NMOS管NM1的柵極為電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的輸入信號端，第一NMOS管NM1的漏極接第一PMOS管PM1的漏極；第一電阻R1的負極接第一偏置電壓，第一電阻R1的正極接第一NMOS管NM1的柵極；第一PMOS管PM1的源極接電源電壓，第一PMOS管PM1的柵極極接第一電容C1的負極；第一電容C1的正極接第一NMOS管NM1的柵極；第二電阻R2的正極接第一PMOS管PM1的柵極，第二電阻R2的負極接第四電容C4的正極，第四電容C4的負極接電源；第六NMOS管NM6的源極接地，第六NMOS管NM6的柵極接第二偏置電壓，第六NMOS管NM6的漏極接第二電阻R2的負極；第五電阻R5的正極接第一NMOS管NM1的漏極，第五電阻R5的負極接第六NMOS管NM6的漏極；第三電容C3的正極接第一PMOS管PM1的漏極，第三電容C3的負極接第九PMOS管PM9的漏極，第九PMOS管PM9的源極接電源電壓，第九PMOS管PM9的柵極接第一PMOS管PM1的柵極；

所述第二NMOS管NM2的柵極接本振信號的正極，第二NMOS管NM2的漏極接第九PMOS管PM9的漏極；第三NMOS管NM3的柵極接本振信號的負極，第三NMOS管NM3的漏極接第九PMOS管PM9的漏極；第二NMOS管NM2的源極和第三NMOS管NM3的源極分別連接低電壓跨阻放大器的兩路信號輸入端。

如圖1所示，本實施例中，所述第二NMOS管NM2的漏極接第三NMOS管NM3的漏極，其連接點連接至互補輸入跨導(dǎo)級的信號輸出端，第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3的柵極分別接本振信號的正極和負極，第二NMOS管NM2的源極接第二PMOS管PM2的源極，第三NMOS管NM3的源極接第三PMOS管PM3的源極，第二電容C2的上極板接第三NMOS管NM3的源極，第二電容C2的下極板接第二NMOS管NM2的源極，第二PMOS管PM2的漏極為電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的輸出信號正極，第三電阻R3的正極接第二PMOS管PM2的漏極，第三電阻R3的負極接地，第二PMOS管PM2的柵極接第四NMOS管NM4的漏極；

所述第四PMOS管PM4的源極、第五PMOS管PM5的源極和第六PMOS管PM6的源極相接，其連接點連接電源電壓；第四PMOS管PM4的柵極、第五PMOS管PM5的柵極和第六PMOS管PM6的柵極相接，其連接點接第三偏置電壓；第四PMOS管PM4的漏極接第四NMOS管NM4的漏極，第四NMOS管NM4的柵極接第二NMOS管NM2的源極；第三PMOS管PM3的柵極、第五NMOS管NM5的漏極和第五PMOS管PM3的漏極相接，第三PMOS管PM3的漏極為電流倍增型自偏置電流復(fù)用無源混頻器的輸出信號負極；第四NMOS管NM4的源極和第五NMOS管NM5的源極接地；第五NMOS管NM5的柵極接第三PMOS管PM3的源極；第四電阻R4的正極接第三PMOS管PM3的漏極，第四電阻R4的負極接地；第六PMOS管PM6的漏極、第七PMOS管PM7的源極和第八PMOS管PM8的源極相接，第七PMOS管PM7的柵極接第二PMOS管PM2的柵極，第七PMOS管PM7的漏極接第二PMOS管PM2的漏極，第八PMOS管PM8的柵極接第三PMOS管PM3的柵極，第八PMOS管PM8的漏極接第三PMOS管PM3的漏極。

如圖2所示，實線為包含本發(fā)明的混頻器的射頻前端轉(zhuǎn)換增益隨輸入頻率的曲線圖，虛線為去掉電流倍增效果后的轉(zhuǎn)換增益隨輸入頻率的曲線圖。從圖中可以看出，本發(fā)明對下變頻電流的倍增效果明顯，在未改變帶寬的前提下將轉(zhuǎn)化增益提升了6dB。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。