一種多頻段可重構(gòu)方法及混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種電子元器件及其工作方法，具體涉及一種應(yīng)用于多模多頻段無 線通信系統(tǒng)中的通過開關(guān)選頻可調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)使混頻器可工作在多個(gè)頻段的方法及其多頻段 可重構(gòu)混頻器，該方法及多頻段可重構(gòu)混頻器利用可調(diào)負(fù)載電阻，從而根據(jù)需要平衡可變 增益與噪聲系數(shù)，同時(shí)也可優(yōu)化增益平坦度，在實(shí)現(xiàn)多頻段工作的同時(shí)，本發(fā)明的多頻段可 重構(gòu)混頻器也具有良好的噪聲系數(shù)、增益、輸入輸出匹配等技術(shù)指標(biāo)，屬無線通信系統(tǒng)技術(shù) 領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】： 目前，移動通信的發(fā)展中出現(xiàn)了多種多樣的通信標(biāo)準(zhǔn)，比如第三代（3G)蜂窩移動通信 系統(tǒng)、藍(lán)牙（Bluetooth)和無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)等無線通 信系統(tǒng)都在各自應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。移動通信發(fā)展的一個(gè)重要趨勢是單個(gè)通 信終端可以兼容多種通信標(biāo)準(zhǔn)，并且也已經(jīng)有相關(guān)的無線通信系統(tǒng)的典型案例。兼容多個(gè) 通信標(biāo)準(zhǔn)如GSM(GlobalSystemforMobileCommunications).UMTS(UniversalMobile TelecommunicationsSystem)、藍(lán)牙（Bluetooth)或無線局域網(wǎng)（WLAN)等的通信終端，既可 以用作移動通信終端，又可收發(fā)其他無線通信信號。兼容多種通信標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)具有多 頻多通道與可重構(gòu)特性。從而，多頻可重構(gòu)器件的設(shè)計(jì)成為移動通信技術(shù)發(fā)展中一個(gè)極為 關(guān)鍵的問題。
[0003] 目前移動終端收發(fā)器中應(yīng)用最為廣泛研究也最為深入的是基于Gilbert單元的 雙平衡混頻器，該電路結(jié)構(gòu)來自于BarrieGilbert提出的高精度乘法器。經(jīng)過良好設(shè)計(jì)的 Gilbert混頻器具有較好的隔離度和噪聲抑制性能，因此該結(jié)構(gòu)的混頻器有很多改進(jìn)的版 本，用于特別優(yōu)化其中的某項(xiàng)性能?，F(xiàn)有的優(yōu)化版本中主要分為如下3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 1.有源負(fù)載以及電流注入結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以有效的提升變頻增益與線性度。
[0004] 2.折疊式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)減少晶體管堆疊，減小工作電壓。
[0005] 3.源極負(fù)反饋結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)犧牲增益而增加線性度。
[0006] 其中，有源負(fù)載技術(shù)采用工作于線性區(qū)的晶體管來代替無源電阻；電流注入技術(shù) 將大部分跨導(dǎo)級電流用額外電流源分擔(dān)，而不再經(jīng)過開關(guān)管。這兩種技術(shù)均可以在維持跨 導(dǎo)級gm值不變的前提下，增加負(fù)載阻值，從而提高轉(zhuǎn)換增益。但是有源負(fù)載與電流注入技 術(shù)均會引入新的噪聲增加整體的噪聲系數(shù)，并且還會一定程度上造成混頻器線性度惡化。
[0007] 折疊式結(jié)構(gòu)可以有效的減少晶體管堆疊，使低電壓工作成為可能。另外折疊結(jié)構(gòu) 也使開關(guān)級和負(fù)載部分不受跨導(dǎo)級電流影響，改善了開關(guān)管的工作性能，并且可以最大范 圍內(nèi)提高阻抗從而提高增益。但是折疊式結(jié)構(gòu)消耗電流幾乎是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩倍，功耗增加。
[0008] 負(fù)反饋技術(shù)通過在跨導(dǎo)級源極加入電阻或者電感負(fù)反饋使減小gm與頻率的相關(guān) 性，增加線性度。但是這種技術(shù)減小了射頻輸入級的跨導(dǎo)，混頻器增益降低。
[0009] 而多頻段下工作的混頻器其設(shè)計(jì)難度更大，如何使混頻器能夠在多個(gè)不同頻段上 可重構(gòu)工作并且達(dá)到性能最優(yōu)化，將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的解決辦法中，主要為設(shè)計(jì)寬 帶的混頻器來覆蓋所有的工作頻段。但是實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，寬帶混頻器是以犧牲其他性能 為代價(jià)，比如線性度、噪聲系數(shù)，來達(dá)到足夠的工作帶寬從而覆蓋多個(gè)工作頻段的。并且在 不同工作頻段之間寬帶混頻器性能指標(biāo)相差較大，對可重構(gòu)系統(tǒng)的其他器件設(shè)計(jì)帶來了巨 大的困難。
[0010] 為了解決這一問題，人們提出了帶寬擴(kuò)展與增益平坦技術(shù)。該技術(shù)一定程度內(nèi)使 增益在工作帶寬內(nèi)更為平坦，但是變頻增益被進(jìn)一步降低。另外因?yàn)轭~外增加了 2個(gè)電感 元件，引入了額外的噪聲，噪聲系數(shù)惡化。并且電路復(fù)雜度增加，成本增加，尤其是現(xiàn)有的多 頻段混頻器在重構(gòu)后，調(diào)節(jié)范圍很小，尤其是可變增益與噪聲系數(shù)平衡不是很好的問題得 不到很好解決，因此仍有待進(jìn)一步加以改進(jìn)。
[0011] 通過檢索沒發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明相同技術(shù)的專利文獻(xiàn)報(bào)道，與本發(fā)明有一定關(guān)系的專 利和論文主要有以下幾個(gè)： 1、專利號為CN200810301135,名稱為"高線性多頻段雙增益模式下變頻混頻器"的發(fā) 明專利，該專利公開了一種變頻混頻器由帶合適的片外匹配電路的可旁路低噪聲放大器， 帶射極跟隨緩沖器的吉爾伯特混頻器通過交流耦合連接構(gòu)成。電路的偏置采用另外的帶 隙基準(zhǔn)電流及電壓模塊來提供?？膳月返牡驮肼暦糯笃鞑捎脠鲂?yīng)管為輸入級，電阻做負(fù) 載，并應(yīng)用較大的偏置電流以獲得高線性和平穩(wěn)的增益及合適的噪聲系數(shù)。當(dāng)該電路被開 關(guān)切換到旁路模式時(shí)，其相當(dāng)于一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)，不再對信號有放大作用但具備更高的線性 度。變頻功能取決于吉爾伯特混頻器，其輸入級采用場效應(yīng)管，并加入源極負(fù)反饋，開關(guān)部 分采用雙極性管，以保證高線性和較低的噪聲。其負(fù)載采用電阻并電容，保證頻率變化時(shí) 仍有恒定的增益，并過濾不需要的高頻信號。中頻部分的射極跟隨緩沖器可以降低輸出阻 抗，并使電路在同后面模塊相連時(shí)性能不受影響。
[0012] 2、專利號為CN200480015037,名稱為"多頻段混頻器"的發(fā)明專利，該專利公開了 一種用于頻率轉(zhuǎn)換的設(shè)備，包括正好一個(gè)多頻段混頻器，該多頻段混頻器具有一種用于將 施加到所述多頻段混頻器信號的信號輸入處的信號從所述信號的源頻段一次變換到多個(gè) 目標(biāo)子頻段中的一個(gè)的裝置，并且在所述多頻段混頻器的信號輸出處產(chǎn)生變換的信號，其 中所述多個(gè)目標(biāo)子頻段定義了至少第一目標(biāo)頻段和第二目標(biāo)頻段，并且該設(shè)備還包括一組 可切換可變增益放大器（VGA)，用于放大所述變換的信號，其中對于每個(gè)所述目標(biāo)頻段，提 供一個(gè)適配到所述目標(biāo)頻段中的并且連接到所述多頻段混頻器的信號輸出的可切換VGA。
[0013] 3、專利號為CN201210544211，名稱為"一種可重構(gòu)無源混頻器"的發(fā)明專利，該專 利公開了一種可重構(gòu)無源混頻器，包括跨導(dǎo)級、雙平衡開關(guān)級以及跨阻級，跨導(dǎo)級將輸入射 頻信號轉(zhuǎn)化成射頻電流，射頻電流經(jīng)過雙平衡開關(guān)級實(shí)現(xiàn)電流下變頻，下變頻之后的電流 通過跨阻級轉(zhuǎn)換為中頻電壓輸出。其中跨導(dǎo)級的跨導(dǎo)值由一位控制字（VC)控制，跨阻級的 跨阻值由另一位控制字（VC1)控制。無源混頻器通過這2位控制字（VC、VC1)配置其4種 增益模式，其他性能如噪聲系數(shù)、線性度和功耗也得到相應(yīng)配置。
[0014] 4、專利號為CN201010022737，名稱為"雙頻段可重構(gòu)混頻器集成電路芯片"的 發(fā)明專利，該專利公開了一種可重構(gòu)混頻器集成電路芯片，特別是應(yīng)用于高級國際移動 通信(AdvancedInternationalMobileCommunications,IMT-Advanced)和超寬帶 (Ultra-WideBand，UWB)通信兩種系統(tǒng)的一種雙頻段可重構(gòu)混頻器集成電路芯片，采用可 調(diào)電容與電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)兩頻段間的可重構(gòu)，與目前報(bào)道的其他混頻器結(jié)構(gòu)相比，所 述電路加入開關(guān)選頻調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)外加的控制電壓，使電路在兩種工作模式間切換。 同時(shí)，通過調(diào)節(jié)所述電路中的元件參數(shù)，使電路在兩頻段同時(shí)達(dá)到性能最優(yōu)化。
[0015] 上述這些專利和論文雖然都涉及到多頻段可重構(gòu)混頻器，也提出了一些技術(shù)性的 改進(jìn)，但是都沒提出如何針對多頻段可重構(gòu)混頻器可調(diào)范圍小，可變增益與噪聲系數(shù)平衡 不好進(jìn)行改進(jìn)；因此在實(shí)現(xiàn)多頻段工作的同時(shí)，多頻段可重構(gòu)混頻器的噪聲系數(shù)、增益、輸 入輸出匹配等技術(shù)指標(biāo)仍不理想，所以仍有待進(jìn)一步加以改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有多頻段可重構(gòu)混頻方法及混頻器所存在的不足，提出 一種新的多頻段可重構(gòu)混頻方法及混頻器，實(shí)現(xiàn)在多個(gè)帶寬不同的頻段內(nèi)切換。該多頻段 可重構(gòu)混頻方法及混頻器與原有多頻段的寬帶混頻器相比較，在綜合考慮線性度，可變增 益平坦度，復(fù)雜度以及功耗等方面都有較大改善的提高，能使混頻器線性度，增益噪聲系數(shù) 等指標(biāo)在兩個(gè)頻段內(nèi)同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。
[0017] 為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明提供了一種多頻段可重構(gòu)混頻方法，根據(jù)混頻器在接 收機(jī)中的位置，混頻器最主要的性能指標(biāo)為線性度，同時(shí)需要一定的變頻增益與較好的噪 聲系數(shù)減少前級低噪聲放大器的壓力，以及可重構(gòu)工作于多個(gè)不同頻段時(shí)，對其頻帶內(nèi)和 頻帶間的增益平坦度也有相應(yīng)的要求的原則；在折疊式混頻器的基礎(chǔ)上，加入開關(guān)選頻可 調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)外加的控制電壓以及調(diào)節(jié)可變元件，使電路工作在多頻段同時(shí)達(dá)到性 能最優(yōu)化。
[0018] 進(jìn)一步地，所述的加入開關(guān)選頻可調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)是在混頻器中加入可調(diào)電容網(wǎng)絡(luò)，通 過將可調(diào)電容從混頻器電路中接入或斷開，使電路在多種頻段間切換，同時(shí)通過調(diào)節(jié)可調(diào) 元件，特別是在負(fù)載電感上并入了可調(diào)電容器件，通過調(diào)節(jié)電容進(jìn)而調(diào)節(jié)其諧振頻率，實(shí)現(xiàn) 在頻段內(nèi)性能的微調(diào)。
[0019]進(jìn)一步地，所述的可調(diào)電容網(wǎng)絡(luò)是包括電感和Z月電容可變電容 %、％、％、％、R廣K以及