本發(fā)明涉及一種無源混頻器及運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

在射頻信號接收鏈路中，混頻器的作用是將輸入射頻信號下變頻至中頻或者基帶以便于后續(xù)模塊進(jìn)行處理。從整個接收鏈路考慮，混頻器應(yīng)具有較高的轉(zhuǎn)換增益以抑制后級中頻放大電路，以及濾波電路的噪聲對整個接收鏈路噪聲系數(shù)的影響。此外，混頻器本身應(yīng)具有較好的端口隔離度以減小在中頻端的本振泄漏。這使得研究高增益混頻器具有重要的意義。

傳統(tǒng)的混頻器結(jié)構(gòu)分為有源混頻器和無源混頻器。由于沒有直流電流流過混頻開關(guān)管，無源混頻器的閃爍噪聲遠(yuǎn)小于有源混頻器的閃爍噪聲，且無源混頻器的線性度通常會高于有源混頻器，從而使得無源混頻器受到許多設(shè)計(jì)者的青睞。

典型的無源混頻器由跨導(dǎo)放大級、開關(guān)混頻級和跨阻放大級組成。其中，跨阻放大級通常由帶有電阻負(fù)反饋的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器組成，由于跨阻放大級要提供基帶低阻抗輸入節(jié)點(diǎn)，這使得運(yùn)算跨導(dǎo)放大器需要提供足夠高的基帶增益。傳統(tǒng)運(yùn)算跨導(dǎo)放大器采用基于密勒補(bǔ)償?shù)膬杉壖壜?lián)結(jié)構(gòu)，為獲得足夠大的增益帶寬積并使得閉環(huán)反饋環(huán)路穩(wěn)定，這種方法需要消耗極大的功耗，存在著增益、帶寬和相位裕度相互制約的缺陷；此外，運(yùn)算跨導(dǎo)放大器輸入端的射頻電流會通過負(fù)載電容饋通至其輸出端，從而在輸出端產(chǎn)生不期望的射頻電壓，降低了端口隔離度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無源混頻器及運(yùn)行方法，所要解決的技術(shù)問題是：如何增寬頻帶，提升轉(zhuǎn)換增益，降低功耗。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種無源混頻器，包括跨導(dǎo)放大級電路、開關(guān)混頻級電路和跨阻放大級電路；

所述跨導(dǎo)放大級電路，用于增大跨導(dǎo)值，接入射頻電壓信號，通過電流復(fù)用將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信號；

所述開關(guān)混頻級電路，與所述跨導(dǎo)放大級電路連接，用于接入本振信號，將射頻電流信號與本振信號進(jìn)行調(diào)制混頻，并對混頻后的信號進(jìn)行濾波，輸出中頻電流信號；

所述跨阻放大級電路，與所述開關(guān)混頻級電路連接，用于通過輔助運(yùn)放單元BN和輔助運(yùn)放單元BP降低輸入阻抗、增大等效跨導(dǎo)值和增益，將中頻電流信號轉(zhuǎn)換成中頻電壓信號輸出。

本發(fā)明的有益效果是：跨導(dǎo)放大級電路、開關(guān)混頻級電路和跨阻放大級電路協(xié)調(diào)運(yùn)作，能實(shí)現(xiàn)對信號混頻，同時能增寬頻帶、轉(zhuǎn)換增益高、功耗低、端口隔離度好、線性度高。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述跨導(dǎo)放大級電路包括輸入跨導(dǎo)模塊、共模反饋模塊和偏置模塊，所述共模反饋模塊和偏置模塊均與所述輸入跨導(dǎo)模塊連接；所述共模反饋模塊用于向所述輸入跨導(dǎo)模塊輸出穩(wěn)定靜態(tài)電壓；所述偏置模塊用于接入外部電壓，向所述輸入跨導(dǎo)模塊輸出偏置電流；所述輸入跨導(dǎo)模塊用于根據(jù)偏置電流和穩(wěn)定靜態(tài)電壓穩(wěn)定運(yùn)行，接入射頻電壓信號，將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信號。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：跨導(dǎo)放大級電路為反相器跨導(dǎo)放大結(jié)構(gòu)，采用電流復(fù)用技術(shù)，提高了跨導(dǎo)放大級的跨導(dǎo)值，提高了整個混頻器的轉(zhuǎn)換增益，抑制后級噪聲。

進(jìn)一步，所述輸入跨導(dǎo)模塊包括NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、電容C1～C4和電阻R1～R4，所述NMOS管M1的柵極經(jīng)電容C1與信號輸入正極端Vin1連接，還經(jīng)電阻R1接入偏置電壓vb03；所述NMOS管M1的漏極與PMOS管M3的漏極連接；所述NMOS管M1的源極與所述偏置模塊連接；所述NMOS管M2的柵極經(jīng)電容C2與信號輸入負(fù)極端Vin2連接，還經(jīng)電阻R2接入偏置電壓vb03；所述NMOS管M2的漏極與PMOS管M4的漏極連接，還與所述開關(guān)混頻級電路連接；所述NMOS管M2的源極與所述偏置模塊連接；所述PMOS管M3的柵極經(jīng)電容C3與信號輸入正極端Vin1連接，還經(jīng)電阻R3接入偏置電壓vb02；所述PMOS管M3的漏極與所述開關(guān)混頻級電路連接；所述PMOS管M4的源極與所述偏置模塊連接；所述PMOS管M4的柵極經(jīng)電容C4與信號輸入負(fù)極端Vin2連接，還經(jīng)電阻R4接入偏置電壓vb02；所述PMOS管M3的源極與所述偏置模塊連接；所述PMOS管M7的柵極接入偏置電壓vb01，所述PMOS管M7的源極接入電壓VDD。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：輸入跨導(dǎo)模塊采用電流復(fù)用結(jié)構(gòu)，增大跨導(dǎo)，根據(jù)偏置電流和穩(wěn)定靜態(tài)電壓穩(wěn)定運(yùn)行，接入射頻電壓信號，將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信。

進(jìn)一步，所述共模反饋模塊包括NMOS管M8、NMOS管M9、NMOS管M10，PMOS管M11、PMOS管M12、電阻R5和電阻R6，所述NMOS管M8的柵極經(jīng)電阻R5分別與所述NMOS管M1和PMOS管M3的漏極連接，所述NMOS管M8的柵極還經(jīng)電阻R6分別與所述NMOS管M2和PMOS管M4的漏極連接，其漏極與所述PMOS管M11的漏極連接，其源極與所述NMOS管M10的漏極連接；所述NMOS管M9的柵極接入偏置電壓vcm，其源極與所述NMOS管M10的漏極連接，其漏極分別與PMOS管M12的漏極和偏置模塊連接；所述NMOS管M10的柵極接入偏置電壓vb05，其源極接地；所述PMOS管M11的柵極與所述PMOS管M12的柵極連接，所述PMOS管M11的柵極還與其漏極連接，所述PMOS管M12的柵極還與其漏極連接，所述PMOS管M11和PMOS管M12的源極均接入電壓VDD。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：共模反饋電路能穩(wěn)定輸入跨導(dǎo)模塊靜態(tài)工作點(diǎn)，保障輸入跨導(dǎo)模塊穩(wěn)定運(yùn)行。

進(jìn)一步，所述偏置模塊包括NMOS管M5、NMOS管M6和PMOS管M7，所述NMOS管M5的漏極分別與所述NMOS管M1的源極和NMOS管M2的源極連接，所述NMOS管M5的柵極與所述NMOS管M9的漏極連接，所述NMOS管M5和NMOS管M6的源極均接地，所述NMOS管M6的柵極接入偏置電壓vb04，所述NMOS管M6的漏極分別與所述NMOS管M1的源極和NMOS管M2的源極連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：偏置模塊能為輸入跨導(dǎo)模塊提供偏置電壓，保障輸入跨導(dǎo)模塊穩(wěn)定運(yùn)行。

進(jìn)一步，所述開關(guān)混頻級電路包括NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、電容C5、電容C6和電容C7，所述NMOS管M13的源極經(jīng)電容C5與所述PMOS管M3的漏極連接，還與所述NMOS管M14的源極連接；所述NMOS管M13的柵極與本振信號輸入正端LO+連接，所述NMOS管M13的漏極與所述跨阻放大級電路連接；所述NMOS管M14的柵極和NMOS管M15的柵極均與本振信號輸入負(fù)端LO-連接；所述NMOS管M14的漏極與所述NMOS管M16的漏極連接；所述NMOS管M15的源極經(jīng)電容C6與所述NMOS管M2的漏極連接，還與所述NMOS管M16的源極連接；所述NMOS管M15的漏極與所述NMOS管M15的漏極連接；所述NMOS管M16的柵極與所述本振信號輸入正端LO+連接，所述NMOS管M16的漏極與所述跨阻放大級電路連接；所述電容C7的一端與所述NMOS管M13的漏極連接，另一端與所述NMOS管M16的漏極連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：開關(guān)混頻級電路的兩組混頻開關(guān)對管漏極之間接濾波電容，構(gòu)成高頻低阻抗節(jié)點(diǎn)，將跨導(dǎo)放大級電路產(chǎn)生的射頻電流盡可能多地吸入開關(guān)混頻級電路，同時利于下混頻產(chǎn)生的中頻信號注入負(fù)載級并且減少本振信號到負(fù)載級的饋通，將射頻電流信號與本振信號進(jìn)行調(diào)制混頻，并對混頻后的信號進(jìn)行濾波。

進(jìn)一步，所述跨阻放大級電路包括NMOS管M17、NMOS管M18、NMOS管M19、NMOS管M20、PMOS管M21、PMOS管M22、PMOS管M23、PMOS管M24、電阻R7、電阻R8、輔助運(yùn)放單元BP、輔助運(yùn)放單元BN和共模反饋運(yùn)放單元A1；所述NMOS管M17的漏極分別與所述NMOS管M19的源極和輔助運(yùn)放單元BP的輸入端連接，所述NMOS管M17的柵極和所述NMOS管M18的柵極均接入偏置電壓vb00，所述NMOS管M17的源極和NMOS管M18的源極均接地；所述NMOS管M18的漏極分別與所述所述NMOS管M20的源極和輔助運(yùn)放單元BP的輸入端連接；所述NMOS管M19的源極與所述NMOS管M13的漏極連接，所述NMOS管M19的柵極與所述輔助運(yùn)放單元BP的輸出端連接，所述NMOS管M19的漏極與所述PMOS管M21的漏極連接，所述NMOS管M20的源極與所述NMOS管M16的漏極連接，所述NMOS管M20的柵極與所述輔助運(yùn)放單元BP的輸出端連接，所述NMOS管M20的漏極與所述PMOS管M22的漏極連接；所述PMOS管M21的漏極與信號輸出端Vout1連接，其源極與PMOS管M23的漏極連接；其柵極與所述輔助運(yùn)放單元BN的輸出端連接；所述所述PMOS管M22的漏極與信號輸出端Vout2連接，其源極與PMOS管M24的漏極連接，其柵極與所述輔助運(yùn)放單元BN的輸出端連接；所述輔助運(yùn)放單元BN的輸入端分別與所述PMOS管M23和PMOS管M24的漏極連接；所述PMOS管M23的柵極和PMOS管M24的柵極相連，所述PMOS管M23的源極和PMOS管M24的源極均接入電壓VDD；所述共模反饋運(yùn)放單元A1輸入正端通過電阻R7與所述NMOS管M19的漏極連接，還通過電阻R8與所述NMOS管M20的漏極連接；所述共模反饋運(yùn)放單元A1的輸入負(fù)端接入電壓VCM；所述共模反饋運(yùn)放單元A1的輸出端分別與所述PMOS管M23的柵極和PMOS管M24的柵極連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：跨阻放大級電路使用了增益自舉結(jié)構(gòu)，跨導(dǎo)增強(qiáng)使得輸入阻抗被進(jìn)一步降低，提高了電流利用效率和端口隔離度；同時增益自舉使得輸出阻抗增大，在較低的偏置電流下轉(zhuǎn)換增益大大提高。利用電路自身的差分特性，有效地將開關(guān)混頻級電路輸出的中頻電流轉(zhuǎn)換為中頻電壓輸出，同時克服了帶有電阻負(fù)反饋的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器中功耗、增益和帶寬之間的制約、以及噪聲和射頻信號通過負(fù)載電容饋通至輸出端等缺陷。

進(jìn)一步，所述輔助運(yùn)放單元BP包括PMOS管BPM₀、PMOS管BPM₁、PMOS管BPM₂、NMOS管BPM₃、NMOS管BPM₄、NMOS管BPM₅、NMOS管BPM₆、PMOS管BPM₇PMOS管BPM₈、PMOS管BPM₉、PMOS管BPM₁₀、PMOS管BPM₁₁和PMOS管BPM₁₂；

所述NMOS管BPM₃的漏極與所述NMOS管M19的柵極連接，所述PMOS管BPM₄的漏極與所述NMOS管M20的柵極連接，所述NMOS管BPM₃的柵極和NMOS管BPM₄的柵極均接入偏置電壓vb1，所述NMOS管BPM₃的源極分別與PMOS管BPM₁的漏極和NMOS管BPM₅的漏極連接；所述NMOS管BPM₄的源極分別與PMOS管BPM₂的漏極和NMOS管BPM₆的漏極連接；所述NMOS管BPM₅的柵極和NMOS管BPM₆的柵極均接入偏置電壓vb0，所述NMOS管BPM₅的源極和NMOS管BPM₆的源極均接地；

所述PMOS管BPM₁的柵極與所述NMOS管M17的漏極連接，所述PMOS管BPM₂的柵極與所述NMOS管M18的漏極連接，所述PMOS管BPM₁的源極和PMOS管BPM₁的源極均與所述PMOS管BPM₀的漏極連接，所述PMOS管BPM₀的柵極接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BPM₀的源極分別與所述PMOS管BPM₁₁的漏極和PMOS管BPM₁₂的漏極連接，所述PMOS管BPM₁₁的柵極與所述PMOS管BPM₈的漏極連接，所述PMOS管BPM₁₂的柵極與所述PMOS管BPM₇的漏極連接，所述PMOS管BPM₁₁和PMOS管BPM₁₂的源極均接入電壓VDD；

所述PMOS管BPM₇的漏極與所述NMOS管M19的柵極連接，所述PMOS管BPM₈的漏極與所述NMOS管M20的柵極連接，所述PMOS管BPM₈的柵極和PMOS管BPM₇的柵極均接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BPM₇的源極與所述PMOS管BPM₉的漏極連接，所述PMOS管BPM₈的源極與所述PMOS管BPM₁₀的漏極連接，所述PMOS管BPM₉的柵極和PMOS管BPM₁₀的柵極均接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BPM₉的源極和PMOS管BPM₁₀的源極均接入電壓VDD。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：利用電路自身的差分特性，有效地將開關(guān)混頻級電路輸出的中頻電流轉(zhuǎn)換為中頻電壓輸出，同時克服了帶有電阻負(fù)反饋的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器中功耗、增益和帶寬之間的制約、以及噪聲和射頻信號通過負(fù)載電容饋通至輸出端等缺陷。

進(jìn)一步，所述輔助運(yùn)放單元BN包括NMOS管BNM₀、NMOS管BNM₁、NMOS管BNM₂、PMOS管BNM₃、PMOS管BNM₄、PMOS管BNM₅、PMOS管BNM₆，NMOS管BNM₇、NMOS管BNM₈、NMOS管BNM₉、NMOS管BNM₁₀、NMOS管BNM₁₁和NMOS管BNM₁₂；

所述NMOS管BNM₁的源極和NMOS管BNM₂的源極均與所述NMOS管BNM₀的漏極連接，所述NMOS管BNM₁的柵極與所述NMOS管M21的源極連接，所述NMOS管BNM₂的柵極與所述NMOS管M22的源極連接，所述NMOS管BNM₁的柵極的漏極與所述PMOS管BNM₃的源極連接，所述NMOS管BNM₂的柵極的漏極與所述PMOS管BNM₄的源極連接；

所述NMOS管BNM₀的柵極接入偏置電壓vb2，所述NMOS管BNM₀的源極分別與所述NMOS管BNM₁₁的漏極和NMOS管BNM₁₂的漏極連接，所述NMOS管BNM₁₁的柵極與所述PMOS管BNM₄的漏極連接，所述NMOS管BNM₁₂的柵極與所述PMOS管BNM₃的漏極連接，所述NMOS管BNM₁₁的源極和NMOS管BNM₁₂的源極均接地；

所述PMOS管BNM₃的源極與所述PMOS管BNM₅的漏極連接，所述PMOS管BNM₄的源極與所述PMOS管BNM₆的漏極連接，所述PMOS管BNM₅的柵極和PMOS管BNM₆的柵極均接入偏置電壓vb3，所述PMOS管BNM₅的源極和PMOS管BNM₆的源極均接入電壓VDD，所述PMOS管BNM₃的柵極和PMOS管BNM₄的柵極均接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BNM₃的漏極與所述NMOS管M21的柵極連接，所述PMOS管BNM₄的漏極與所述NMOS管M22的柵極連接；

所述NMOS管BNM₇的柵極和NMOS管BNM₈的柵極均接入偏置電壓vb1，所述NMOS管BNM₇的漏極與所述PMOS管BNM₃的漏極連接，所述NMOS管BNM₈的漏極與所述PMOS管BNM₄的漏極連接，所述NMOS管BNM₇的源極與所述PMOS管BNM₉的漏極連接，所述NMOS管BNM₈的源極與所述PMOS管BNM₁₀的漏極連接，所述NMOS管BNM₉的柵極和NMOS管BNM₁₀的柵極均接入偏置電壓vb0，所述NMOS管BNM₉的源極和NMOS管BNM₁₀的源極均接地。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：輔助運(yùn)放單元BN主要是用來改善跨阻放大級電路的跨阻增益，這樣大大地降低了整體運(yùn)放的功耗和芯片面積。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的另一技術(shù)方案如下：一種無源混頻器的運(yùn)行方法，采用無源混頻器實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：

步驟S1.跨導(dǎo)放大級電路增大跨導(dǎo)值，接入射頻電壓信號，通過電流復(fù)用將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信號；

步驟S2.開關(guān)混頻級電路接入本振信號，將射頻電流信號與本振信號進(jìn)行調(diào)制混頻，并對混頻后的信號進(jìn)行濾波，輸出中頻電流信號；

步驟S3.跨阻放大級電路通過輔助運(yùn)放單元BP和輔助運(yùn)放單元BN降低輸入阻抗、增大等效跨導(dǎo)值和增益，將中頻電流信號轉(zhuǎn)換成中頻電壓信號輸出。

本發(fā)明的有益效果是：跨導(dǎo)放大級電路、開關(guān)混頻級電路和跨阻放大級電路協(xié)調(diào)運(yùn)作，能實(shí)現(xiàn)對信號混頻，同時能增寬頻帶、轉(zhuǎn)換增益高、功耗低、端口隔離度好、線性度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種無源混頻器的模塊框圖；

圖2為本發(fā)明一種無源混頻器的電路原理圖；

圖3為跨導(dǎo)放大級電路的模塊框圖；

圖4為跨導(dǎo)放大級電路的電路原理圖；

圖5為輔助運(yùn)放單元BP的電路原理圖；

圖6為輔助運(yùn)放單元BN的電路原理圖；

圖7為增益自舉的原理圖；

圖8為本發(fā)明一種無源混頻器的轉(zhuǎn)換增益仿真結(jié)果圖；

圖9為本發(fā)明一種無源混頻器的線性度仿真結(jié)果圖；

圖10為本發(fā)明一種無源混頻器的噪聲系數(shù)仿真結(jié)果圖；

圖11為本發(fā)明一種無源混頻器的運(yùn)行方法的流程圖。

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：

1、跨導(dǎo)放大級電路，2、開關(guān)混頻級電路，3、跨阻放大級電路，4、輸入跨導(dǎo)模塊，5、共模反饋模塊，6、偏置模塊。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

如圖1和圖2所示，一種無源混頻器，包括跨導(dǎo)放大級電路1、開關(guān)混頻級電路2和跨阻放大級電路3；

所述跨導(dǎo)放大級電路1，用于增大跨導(dǎo)值，接入射頻電壓信號，通過電流復(fù)用將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信號；

所述開關(guān)混頻級電路2，與所述跨導(dǎo)放大級電路1連接，用于接入本振信號，將射頻電流信號與本振信號進(jìn)行調(diào)制混頻，并對混頻后的信號進(jìn)行濾波，輸出中頻電流信號；

所述跨阻放大級電路3，與所述開關(guān)混頻級電路2連接，用于通過輔助運(yùn)放單元BP和輔助運(yùn)放單元BN降低輸入阻抗、增大等效跨導(dǎo)值和增益，將中頻電流信號轉(zhuǎn)換成中頻電壓信號輸出。

跨導(dǎo)放大級電路1、開關(guān)混頻級電路2和跨阻放大級電路3協(xié)調(diào)運(yùn)作，能實(shí)現(xiàn)對信號混頻，同時能增寬頻帶、轉(zhuǎn)換增益高、功耗低、端口隔離度好、線性度高。

上述實(shí)施例中，跨導(dǎo)放大級電路1、開關(guān)混頻級電路2和跨阻放大級電路3協(xié)調(diào)運(yùn)作，能實(shí)現(xiàn)對信號混頻，同時能增寬頻帶、轉(zhuǎn)換增益高、功耗低、端口隔離度好、線性度高。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖3和圖4所示，跨導(dǎo)放大級電路1包括輸入跨導(dǎo)模塊4、共模反饋模塊5和偏置模塊6，所述共模反饋模塊5和偏置模塊6均與所述輸入跨導(dǎo)模塊4連接；所述共模反饋模塊5用于向所述輸入跨導(dǎo)模塊4輸出穩(wěn)定靜態(tài)電壓；所述偏置模塊6用于接入外部電壓，向所述輸入跨導(dǎo)模塊4輸出偏置電流；所述輸入跨導(dǎo)模塊4用于根據(jù)偏置電流和穩(wěn)定靜態(tài)電壓穩(wěn)定運(yùn)行，接入射頻電壓信號，將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信號。

上述實(shí)施例中，跨導(dǎo)放大級電路1為反相器跨導(dǎo)放大結(jié)構(gòu)，采用電流復(fù)用技術(shù)，提高了跨導(dǎo)放大級的跨導(dǎo)值，提高了整個混頻器的轉(zhuǎn)換增益，抑制后級噪聲。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖1和圖4所示，輸入跨導(dǎo)模塊4包括NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、電容C1～C4和電阻R1～R4，所述NMOS管M1的柵極經(jīng)電容C1與信號輸入正極端Vin1連接，還經(jīng)電阻R1接入偏置電壓vb03；所述NMOS管M1的漏極與PMOS管M3的漏極連接；所述NMOS管M1的源極與所述偏置模塊6連接；所述NMOS管M2的柵極經(jīng)電容C2與信號輸入負(fù)極端Vin2連接，還經(jīng)電阻R2接入偏置電壓vb03；所述NMOS管M2的漏極與PMOS管M4的漏極連接，還與所述開關(guān)混頻級電路2連接；所述NMOS管M2的源極與所述偏置模塊6連接；所述PMOS管M3的柵極經(jīng)電容C3與信號輸入正極端Vin1連接，還經(jīng)電阻R3接入偏置電壓vb02；所述PMOS管M3的漏極與所述開關(guān)混頻級電路2連接；所述PMOS管M4的源極與所述偏置模塊6連接；所述PMOS管M4的柵極經(jīng)電容C4與信號輸入負(fù)極端Vin2連接，還經(jīng)電阻R4接入偏置電壓vb02；所述PMOS管M3的源極與所述偏置模塊6連接；所述PMOS管M7的柵極接入偏置電壓vb01，所述PMOS管M7的源極接入電壓VDD。

上述實(shí)施例中，輸入跨導(dǎo)模塊4采用電流復(fù)用結(jié)構(gòu)，增大跨導(dǎo)，根據(jù)偏置電流和穩(wěn)定靜態(tài)電壓穩(wěn)定運(yùn)行，接入射頻電壓信號，將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖1和圖4所示，共模反饋模塊5包括NMOS管M8、NMOS管M9、NMOS管M10，PMOS管M11、PMOS管M12、電阻R5和電阻R6，所述NMOS管M8的柵極經(jīng)電阻R5分別與所述NMOS管M1和PMOS管M3的漏極連接，所述NMOS管M8的柵極還經(jīng)電阻R6分別與所述NMOS管M2和PMOS管M4的漏極連接，其漏極與所述PMOS管M11的漏極連接，其源極與所述NMOS管M10的漏極連接；所述NMOS管M9的柵極接入偏置電壓vcm，其源極與所述NMOS管M10的漏極連接，其漏極分別與PMOS管M12的漏極和偏置模塊6連接；所述NMOS管M10的柵極接入偏置電壓vb05，其源極接地；所述PMOS管M11的柵極與所述PMOS管M12的柵極連接，所述PMOS管M11的柵極還與其漏極連接，所述PMOS管M12的柵極還與其漏極連接，所述PMOS管M11和PMOS管M12的源極均接入電壓VDD。

共模反饋電路5能穩(wěn)定輸入跨導(dǎo)模塊4靜態(tài)工作點(diǎn)，保障輸入跨導(dǎo)模塊穩(wěn)定運(yùn)行。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖1和圖4所示，偏置模塊6包括NMOS管M5、NMOS管M6和PMOS管M7，所述NMOS管M5的漏極分別與所述NMOS管M1的源極和NMOS管M2的源極連接，所述NMOS管M5的柵極與所述NMOS管M9的漏極連接，所述NMOS管M5和NMOS管M6的源極均接地，所述NMOS管M6的柵極接入偏置電壓vb04，所述NMOS管M6的漏極分別與所述NMOS管M1的源極和NMOS管M2的源極連接。

上述實(shí)施例中，偏置模塊6能為輸入跨導(dǎo)模塊4提供偏置電壓，保障輸入跨導(dǎo)模塊4穩(wěn)定運(yùn)行。

跨導(dǎo)放大級電路1為反相器跨導(dǎo)放大結(jié)構(gòu)，采用電流復(fù)用技術(shù)，NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3和PMOS管M4同時作為輸入跨導(dǎo)管提供跨導(dǎo)，跨導(dǎo)放大級的總跨導(dǎo)為gmN+gmP(其中g(shù)mN表示NMOS管的跨導(dǎo)值，gmP表示PMOS管的跨導(dǎo)值)，從而提高了跨導(dǎo)放大級的跨導(dǎo)值，提高了整個混頻器的轉(zhuǎn)換增益，抑制后級噪聲。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖1所示，開關(guān)混頻級電路2包括NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、電容C5、電容C6和電容C7，所述NMOS管M13的源極經(jīng)電容C5與所述PMOS管M3的漏極連接，還與所述NMOS管M14的源極連接；所述NMOS管M13的柵極與本振信號輸入正端LO+連接，所述NMOS管M13的漏極與所述跨阻放大級電路3連接；所述NMOS管M14的柵極和NMOS管M15的柵極均與本振信號輸入負(fù)端LO-連接；所述NMOS管M14的漏極與所述NMOS管M16的漏極連接；所述NMOS管M15的源極經(jīng)電容C6與所述NMOS管M2的漏極連接，還與所述NMOS管M16的源極連接；所述NMOS管M15的漏極與所述NMOS管M15的漏極連接；所述NMOS管M16的柵極與所述本振信號輸入正端LO+連接，所述NMOS管M16的漏極與所述跨阻放大級電路3連接；所述電容C7的一端與所述NMOS管M13的漏極連接，另一端與所述NMOS管M16的漏極連接。

上述實(shí)施例中，開關(guān)混頻級電路2對跨導(dǎo)放大級電路1輸出的射頻電流進(jìn)行調(diào)制并濾波，輸出的中頻電流；開關(guān)混頻級電路2的開關(guān)管NMOS管M13、M15的漏極和NMOS管M14、M16的漏極之間接電容C7，構(gòu)成高頻低阻抗節(jié)點(diǎn)，從而濾除混頻開關(guān)管輸出電流中的高頻分量；將跨導(dǎo)放大級電路1產(chǎn)生的射頻電流盡可能多地吸入開關(guān)混頻級電路2，同時利于下混頻產(chǎn)生的中頻信號注入負(fù)載級并且減少本振信號到負(fù)載級的饋通，將射頻電流信號與本振信號進(jìn)行調(diào)制混頻，并對混頻后的信號進(jìn)行濾波。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖1所示，跨阻放大級電路3包括NMOS管M17、NMOS管M18、NMOS管M19、NMOS管M20、PMOS管M21、PMOS管M22、PMOS管M23、PMOS管M24、電阻R7、電阻R8、輔助運(yùn)放單元BP、輔助運(yùn)放單元BN和共模反饋運(yùn)放單元A1；所述NMOS管M17的漏極分別與所述NMOS管M19的源極和輔助運(yùn)放單元BP的輸入端連接，所述NMOS管M17的柵極和所述NMOS管M18的柵極均接入偏置電壓vb00，所述NMOS管M17的源極和NMOS管M18的源極均接地；所述NMOS管M18的漏極分別與所述所述NMOS管M20的源極和輔助運(yùn)放單元BP的輸入端連接；所述NMOS管M19的源極與所述NMOS管M13的漏極連接，所述NMOS管M19的柵極與所述輔助運(yùn)放單元BP的輸出端連接，所述NMOS管M19的漏極與所述PMOS管M21的漏極連接，所述NMOS管M20的源極與所述NMOS管M16的漏極連接，所述NMOS管M20的柵極與所述輔助運(yùn)放單元BP的輸出端連接，所述NMOS管M20的漏極與所述PMOS管M22的漏極連接；所述PMOS管M21的漏極與信號輸出端Vout1連接，其源極與PMOS管M23的漏極連接；其柵極與所述輔助運(yùn)放單元BN的輸出端連接；所述所述PMOS管M22的漏極與信號輸出端Vout2連接，其源極與PMOS管M24的漏極連接，其柵極與所述輔助運(yùn)放單元BN的輸出端連接；所述輔助運(yùn)放單元BN的輸入端分別與所述PMOS管M23和PMOS管M24的漏極連接；所述PMOS管M23的柵極和PMOS管M24的柵極相連，所述PMOS管M23的源極和PMOS管M24的源極均接入電壓VDD；所述共模反饋運(yùn)放單元A1輸入正端通過電阻R7與所述NMOS管M19的漏極連接，還通過電阻R8與所述NMOS管M20的漏極連接；所述共模反饋運(yùn)放單元A1的輸入負(fù)端接入電壓VCM；所述共模反饋運(yùn)放單元A1的輸出端分別與所述PMOS管M23的柵極和PMOS管M24的柵極連接。

上述實(shí)施例中，跨阻放大級電路3采用增益自舉結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低輸入阻抗和高跨阻增益。NMOS管M19、NMOS管M20的柵極和源極之間接輔助運(yùn)放BP，PMOS管M21、PMOS管M22的柵極和源極之間接輔助運(yùn)放BN；因?yàn)榧尤胼o助運(yùn)放，NMOS管M19、NMOS管M20的等效跨導(dǎo)變大，即從NMOS管M19、NMOS管M20的源級看進(jìn)去的輸入阻抗變小，從而實(shí)現(xiàn)低阻抗輸入節(jié)點(diǎn)；此外，從輸出端看進(jìn)去，主運(yùn)放的輸出阻抗增大，從而跨阻增益提高；利用電路自身的差分特性，克服了帶有電阻負(fù)反饋的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器中功耗、增益和帶寬之間的制約、以及噪聲和射頻信號通過負(fù)載電容饋通至輸出端等缺陷，并使得跨阻放大級電路3具有結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低噪聲等特點(diǎn)。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖5所示，輔助運(yùn)放單元BP包括PMOS管BPM₀、PMOS管BPM₁、PMOS管BPM₂、NMOS管BPM₃、NMOS管BPM₄、NMOS管BPM₅、NMOS管BPM₆、PMOS管BPM₇PMOS管BPM₈、PMOS管BPM₉、PMOS管BPM₁₀、PMOS管BPM₁₁和PMOS管BPM₁₂；

所述NMOS管BPM₃的漏極與所述NMOS管M19的柵極連接，所述PMOS管BPM₄的漏極與所述NMOS管M20的柵極連接，所述NMOS管BPM₃的柵極和NMOS管BPM₄的柵極均接入偏置電壓vb1，所述NMOS管BPM₃的源極分別與PMOS管BPM₁的漏極和NMOS管BPM₅的漏極連接；所述NMOS管BPM₄的源極分別與PMOS管BPM₂的漏極和NMOS管BPM₆的漏極連接；所述NMOS管BPM₅的柵極和NMOS管BPM₆的柵極均接入偏置電壓vb0，所述NMOS管BPM₅的源極和NMOS管BPM₆的源極均接地；

所述PMOS管BPM₁的柵極與所述NMOS管M17的漏極連接，所述PMOS管BPM₂的柵極與所述NMOS管M18的漏極連接，所述PMOS管BPM₁的源極和PMOS管BPM₁的源極均與所述PMOS管BPM₀的漏極連接，所述PMOS管BPM₀的柵極接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BPM₀的源極分別與所述PMOS管BPM₁₁的漏極和PMOS管BPM₁₂的漏極連接，所述PMOS管BPM₁₁的柵極與所述PMOS管BPM₈的漏極連接，所述PMOS管BPM₁₂的柵極與所述PMOS管BPM₇的漏極連接，所述PMOS管BPM₁₁和PMOS管BPM₁₂的源極均接入電壓VDD；

所述PMOS管BPM₇的漏極與所述NMOS管M19的柵極連接，所述PMOS管BPM₈的漏極與所述NMOS管M20的柵極連接，所述PMOS管BPM₈的柵極和PMOS管BPM₇的柵極均接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BPM₇的源極與所述PMOS管BPM₉的漏極連接，所述PMOS管BPM₈的源極與所述PMOS管BPM₁₀的漏極連接，所述PMOS管BPM₉的柵極和PMOS管BPM₁₀的柵極均接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BPM₉的源極和PMOS管BPM₁₀的源極均接入電壓VDD。

上述實(shí)施例中，利用電路自身的差分特性，有效地將開關(guān)混頻級電路2輸出的中頻電流轉(zhuǎn)換為中頻電壓輸出，同時克服了帶有電阻負(fù)反饋的運(yùn)算跨導(dǎo)放大器中功耗、增益和帶寬之間的制約、以及噪聲和射頻信號通過負(fù)載電容饋通至輸出端等缺陷。

可選地，作為本發(fā)明一個實(shí)施例，如圖6所示，輔助運(yùn)放單元BN包括NMOS管BNM₀、NMOS管BNM₁、NMOS管BNM₂、PMOS管BNM₃、PMOS管BNM₄、PMOS管BNM₅、PMOS管BNM₆，NMOS管BNM₇、NMOS管BNM₈、NMOS管BNM₉、NMOS管BNM₁₀、NMOS管BNM₁₁和NMOS管BNM₁₂；

所述NMOS管BNM₁的源極和NMOS管BNM₂的源極均與所述NMOS管BNM₀的漏極連接，所述NMOS管BNM₁的柵極與所述NMOS管M21的源極連接，所述NMOS管BNM₂的柵極與所述NMOS管M22的源極連接，所述NMOS管BNM₁的柵極的漏極與所述PMOS管BNM₃的源極連接，所述NMOS管BNM₂的柵極的漏極與所述PMOS管BNM₄的源極連接；

所述NMOS管BNM₀的柵極接入偏置電壓vb2，所述NMOS管BNM₀的源極分別與所述NMOS管BNM₁₁的漏極和NMOS管BNM₁₂的漏極連接，所述NMOS管BNM₁₁的柵極與所述PMOS管BNM₄的漏極連接，所述NMOS管BNM₁₂的柵極與所述PMOS管BNM₃的漏極連接，所述NMOS管BNM₁₁的源極和NMOS管BNM₁₂的源極均接地；

所述PMOS管BNM₃的源極與所述PMOS管BNM₅的漏極連接，所述PMOS管BNM₄的源極與所述PMOS管BNM₆的漏極連接，所述PMOS管BNM₅的柵極和PMOS管BNM₆的柵極均接入偏置電壓vb3，所述PMOS管BNM₅的源極和PMOS管BNM₆的源極均接入電壓VDD，所述PMOS管BNM₃的柵極和PMOS管BNM₄的柵極均接入偏置電壓vb2，所述PMOS管BNM₃的漏極與所述NMOS管M21的柵極連接，所述PMOS管BNM₄的漏極與所述NMOS管M22的柵極連接；

所述NMOS管BNM₇的柵極和NMOS管BNM₈的柵極均接入偏置電壓vb1，所述NMOS管BNM₇的漏極與所述PMOS管BNM₃的漏極連接，所述NMOS管BNM₈的漏極與所述PMOS管BNM₄的漏極連接，所述NMOS管BNM₇的源極與所述PMOS管BNM₉的漏極連接，所述NMOS管BNM₈的源極與所述PMOS管BNM₁₀的漏極連接，所述NMOS管BNM₉的柵極和NMOS管BNM₁₀的柵極均接入偏置電壓vb0，所述NMOS管BNM₉的源極和NMOS管BNM₁₀的源極均接地。

上述實(shí)施例中，輔助運(yùn)放單元BN主要是用來改善跨阻放大級電路3的跨阻增益，這樣大大地降低了整體運(yùn)放的功耗和芯片面積。

上述實(shí)施例中，輔助運(yùn)放單元BP和輔助運(yùn)放單元BN可以用全差分折疊式共源共柵電路實(shí)現(xiàn)，輔助運(yùn)放單元BP中PMOS的輸入級BPM1、BPM2接在NMOS管M19、NMOS管M20的源極，信號經(jīng)過輔助運(yùn)放單元BP放大后接在MOS管M19、M20的柵極，輔助運(yùn)放單元BP為NMOS管M19、NMOS管M20提供工作在飽和區(qū)的偏置電壓，因此不需要太大的輸出擺幅；輔助運(yùn)放單元BN的結(jié)構(gòu)與輔助運(yùn)放單元BP的結(jié)構(gòu)類似；輔助運(yùn)放單元BN、BP主要是用來改善主運(yùn)放單元的跨導(dǎo)及增益，因此它們不需要太快的速度和建立時間；因此輔助運(yùn)放單元BN的尾電流一般為主運(yùn)放尾電流的1/10～1/4就可以滿足設(shè)計(jì)的要求，這樣大大地降低了整體運(yùn)放的功耗和芯片面積。

增益自舉的原理，如圖7所示，輔助運(yùn)放單元的輸入信號為MOS管M1的漏極電壓，其增益為A_v，輔助運(yùn)放單元的輸出信號控制晶體管M1的柵極；MOS管M1的源極交流電位變化V_in，經(jīng)過輔助運(yùn)放單元放大后為A_vV_in，則MOS管M1的柵源電壓變?yōu)閂_gs1＝(A_v-1)V_in≈A_vV_in，則晶體管M1的漏電流i＝g_m1V_gs1＝g_m1A_vV_in，則i/V_in＝g_m1A_v，MOS管M1的跨導(dǎo)g_m1變?yōu)樵瓉淼腁_v倍，因此從M1的源極看進(jìn)去的等效輸入阻抗由1/g_m1變?yōu)椋?/g_m1A_v；相應(yīng)的從M1的漏極看進(jìn)入的電阻由g_m1r_o1R_load變?yōu)椋篟_out＝A_vg_m1r_o1R_load。

因此加入增益自舉技術(shù)后可以減小等效輸入阻抗，提高從開關(guān)混頻級電路2到跨阻放大級電路3的電流利用率，同時可以提高共源共柵的低頻輸出阻抗從而提高運(yùn)放的增益；對于跨阻放大級電路3而言，需要對NMOS管M19、NMOS管M20以及PMOS管M21、PMOS管M22分別進(jìn)行輔助運(yùn)放單元的設(shè)計(jì)；加入PMOS型輔助運(yùn)放單元BP，加入NMOS型輔助運(yùn)放單元BN，輔助運(yùn)放單元BP和輔助運(yùn)放單元BN的增益分別為A_p、A_n。

未加入輔助運(yùn)放單元BP和輔助運(yùn)放單元BN的跨阻放大級電路3的輸出阻抗可以表示為：

R_o＝g_m19r_o19r_o17||g_m21r_o21r_o23

加入輔助運(yùn)放單元BP和輔助運(yùn)放單元BN后，跨阻放大級電路3的的輸出阻抗為：

R_o1＝A_pg_m19r_o19r_o17||A_ng_m21r_o21r_o23

整個運(yùn)放的增益為

其中，A_p為g_m1p為BPM1的跨導(dǎo)，g_m3p、g_m7p分別為BPM3、BPM7的跨導(dǎo)，r_o1p,r_o3p,r_o5p,r_o7p,r_o9p分別為BPM1、BPM3、BPM5、BPM7、BPM9的輸出電阻；A_n為g_m1n[g_m3nr_o3n(r_o5n||r_o1n)||g_m7nr_o7nr_o9n]，g_m1n為BNM1的跨導(dǎo)，g_m3n、g_m7n分別為BNM3、BNM7的跨導(dǎo)，r_o1n,r_o3n,r_o5n,r_o7n,r_o9n分別為BNM1、BNM3、BNM5、BNM7、BNM9的輸出電阻。

由圖8可以看出，本技術(shù)方案的以增益自舉跨阻放大級電路3為負(fù)載的無源混頻器當(dāng)輸入0.81GHz射頻信號時，在10MHz中頻輸出頻率附近的轉(zhuǎn)換增益可達(dá)33.3dB，當(dāng)輸入4.01GHz射頻信號時，在10MHz中頻輸出頻率附近的轉(zhuǎn)換增益可達(dá)31dB，兩者相差很小，只有約2dB，可見此無源混頻器在0.8GHz到4GHz之間有比較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換增益，達(dá)到了寬頻帶和高轉(zhuǎn)換增益的性能。由圖9可以看出，本技術(shù)方案的以增益自舉跨阻放大級電路3為負(fù)載的無源混頻器當(dāng)本振信號為2.5GHz時的IIP3為-1.5dBm，OIP3為21dBm，具有較好的線性度性能。由圖10可以看出，本技術(shù)方案的以增益自舉跨阻放大級電路3為負(fù)載的無源混頻器當(dāng)本振信號為2.5GHz時的單邊帶噪聲系數(shù)僅為12.7dB。因此，本發(fā)明具有高增益、寬帶和低噪聲的特點(diǎn)。

實(shí)施例2：

如圖11所示，一種無源混頻器的運(yùn)行方法，采用所述的無源混頻器實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：

步驟S1.跨導(dǎo)放大級電路1增大跨導(dǎo)值，接入射頻電壓信號，通過電流復(fù)用將射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為射頻電流信號；

步驟S2.開關(guān)混頻級電路2接入本振信號，將射頻電流信號與本振信號進(jìn)行調(diào)制混頻，并對混頻后的信號進(jìn)行濾波，輸出中頻電流信號；

步驟S3.跨阻放大級電路3通過輔助運(yùn)放單元BN和輔助運(yùn)放單元BP降低輸入阻抗、增大等效跨導(dǎo)值和增益，將中頻電流信號轉(zhuǎn)換成中頻電壓信號輸出。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。