一種高線性度有源雙平衡混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路的射頻電路領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種高線性度有源雙平衡混頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]快速增長(zhǎng)的無(wú)線通信市場(chǎng)使得無(wú)線通信技術(shù)向著低成本、低功耗和高集成度的方向發(fā)展。在無(wú)線應(yīng)用中，便攜式設(shè)備占據(jù)著市場(chǎng)的很大份額。便攜式設(shè)備的特殊性對(duì)集成電路的功耗提出了新的要求，尤其是在醫(yī)學(xué)和自動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域，電池使用壽命成為評(píng)估產(chǎn)品性能的一個(gè)重要指標(biāo)。
[0003]在進(jìn)入90nm?55nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，功耗問(wèn)題尤為突出，單位面積上的功耗密度急劇上升。因此，功耗已經(jīng)成為集成電路中繼傳統(tǒng)兩個(gè)要素即速度和面積后的又一個(gè)關(guān)鍵要素。在設(shè)計(jì)時(shí)必須先考慮產(chǎn)品的功耗問(wèn)題，并且進(jìn)行從系統(tǒng)架構(gòu)到底層電路設(shè)計(jì)的一系列優(yōu)化以降低電路功耗，延長(zhǎng)使用壽命。
[0004]混頻器(Frequency mixer)是非線性無(wú)線通信電路的一種，混頻器把兩道不同頻率的輸入訊號(hào)混合成一道特定頻率的輸出訊號(hào)，其是無(wú)線通信系統(tǒng)射頻接收機(jī)前端的關(guān)鍵模塊，在接收并下變頻信號(hào)的過(guò)程中起著關(guān)鍵性的作用。不同的接收機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)，包括外差結(jié)構(gòu)、直接下變頻結(jié)構(gòu)和低中頻結(jié)構(gòu)等，都需要一個(gè)能將射頻(RF)頻率下變頻到基帶中頻(IF)頻率的電路模塊，這一關(guān)鍵電路模塊的功能由混頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，混頻器的增益、噪聲、線性度等都將直接影響著整個(gè)接收機(jī)的性能。
[0005]本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，一個(gè)高性能的混頻器不僅需要具有足夠好的轉(zhuǎn)換增益，使得信號(hào)在下變頻的過(guò)程中同時(shí)被有效放大，而且需要具備足夠低的噪聲和線性度，使得混頻器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著優(yōu)越的性能貢獻(xiàn)。所以，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般采用折衷方案，綜合考慮各項(xiàng)因素，兼顧各項(xiàng)指標(biāo)的均衡。
[0006]請(qǐng)參閱圖1，圖1所示的電路為一種傳統(tǒng)的有源雙平衡混頻器(又稱基爾伯特混頻器)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，匪OS晶體管Ml和NMOS晶體管M2作為射頻信號(hào)的輸入管，其柵極分別接收來(lái)自低噪聲放大器(Low Noise Amplif ier，簡(jiǎn)稱LNA)的差分信號(hào)RF_r^PRF_p。NMOS晶體管M3、NM0S晶體管M4、NM0S晶體管M5和NMOS晶體管M6作為本征信號(hào)的輸入管，NMOS晶體管M3、NM0S晶體管M6的柵極接收來(lái)自電壓控制振蕩器(Voltage ControlledOscillator，簡(jiǎn)稱VC0)的本征信號(hào)L0_p，NM0S晶體管M4、NM0S晶體管M5的柵極接受來(lái)自VCO的本征信號(hào)UUuWOS晶體管M3的漏極與匪OS晶體管M5的漏極相連，輸出混頻后的低頻信號(hào)IF_n，匪OS晶體管M4的漏極與匪OS晶體管M6的漏極相連，輸出混頻后的低頻信號(hào)IF_p。NMOS晶體管Ml的源極和NMOS晶體管M2的源極分別與電感L2、L3相連，并通過(guò)電感LI接地。
[0007]然而，對(duì)于圖1所示的混頻器來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)較高的線性度(通常用IIP3指標(biāo)衡量)和足夠的增益，對(duì)于輸入晶體管(NM0S晶體管Ml和匪OS晶體管M2)來(lái)說(shuō)需要有較大的跨導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在MOS管中，跨導(dǎo)的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，在轉(zhuǎn)移特性曲線上，跨導(dǎo)為曲線的斜率，這樣會(huì)引起電壓擺幅的問(wèn)題。
[0008]因此，是目前業(yè)界急需解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于射頻領(lǐng)域的高線性度有源雙平衡混頻器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種高線性度有源雙平衡混頻器，其包括第一級(jí)混頻單元和第二級(jí)混頻單元;所述第一級(jí)混頻單元位于無(wú)源電容ClO和無(wú)源電容Cll的一端，第二級(jí)混頻單元位于無(wú)源電容ClO和無(wú)源電容Cll電容的另一端;所述第一級(jí)混頻單元包括射頻正向信號(hào)支路、尾電流I1、無(wú)源電容Cl和射頻負(fù)向信號(hào)支路;所述射頻正向信號(hào)支路包括NMOS晶體管Ml、匪OS晶體管M3、第一負(fù)載和射頻正向信號(hào)的輸入匹配;所述匪OS晶體管Ml的源極是射頻正向信號(hào)RF_n的輸入端;所述射頻負(fù)向信號(hào)支路包括匪OS晶體管M2、NM0S晶體管M4、第二負(fù)載和射頻負(fù)向信號(hào)的輸入匹配;所述匪OS晶體管M2的源極是射頻負(fù)向信號(hào)1^_?的輸入端;其中，所述NMOS晶體管Ml和NMOS晶體管M2共柵極，所述NMOS晶體管M3和匪OS晶體管M4共柵極;所述匪OS晶體管Ml和NMOS晶體管M2的源極通過(guò)所述尾電流11接地;所述匪OS晶體管M3和NMOS晶體管M4漏極通過(guò)電容Cl接地;所述NMOS晶體管Ml經(jīng)射頻正向信號(hào)的輸入匹配后等效于一個(gè)共柵放大器，射頻正向信號(hào)經(jīng)過(guò)共柵放大以后從所述NMOS晶體管Ml的漏極輸出；所述匪OS晶體管Ml漏極輸出的信號(hào)通過(guò)無(wú)源電容C6交流耦合到所述NMOS晶體管M3的柵極，同時(shí)，匪OS晶體管Ml漏極輸出的信號(hào)通過(guò)無(wú)源電感L5進(jìn)入NMOS晶體管M3源極，最終信號(hào)從匪OS晶體管M3漏極輸出到電容1的一端，所述匪OS晶體管M3漏極通過(guò)所述第一負(fù)載同電源相連;所述匪OS晶體管M2經(jīng)射頻負(fù)向信號(hào)的輸入匹配后等效于一個(gè)共柵放大器，射頻負(fù)向信號(hào)經(jīng)過(guò)共柵放大以后從所述NMOS晶體管M2的漏極輸出；所述NMOS晶體管M2漏極輸出的信號(hào)通過(guò)無(wú)源電容C7交流耦合到所述匪OS晶體管M4的柵極，同時(shí)，匪OS晶體管M2漏極輸出的信號(hào)通過(guò)無(wú)源電感L6進(jìn)入匪OS晶體管M4源極，最終信號(hào)從匪OS晶體管M4漏極輸出到電容11的一端，所述匪OS晶體管M4漏極通過(guò)所述第二負(fù)載同電源相連;所述第二級(jí)混頻單元包括匪OS晶體管M5、匪OS晶體管M6、NM0S晶體管M7、NM0S晶體管M8、尾電流12、尾電流13、第三負(fù)載和第四負(fù)載;其中，經(jīng)過(guò)交流耦合電容Cl O的交流信號(hào)傳輸給所述匪OS晶體管M7與M8的源端，經(jīng)過(guò)交流耦合電容Cl I的交流信號(hào)傳輸給所述NMOS晶體管M5與M6源端，NMOS晶體管M5與M6源端;所述匪OS晶體管M5漏端與M7漏端相連，所述匪OS晶體管M6漏端與M8漏端相連;本征正向信號(hào)11)_?從所述匪OS晶體管M5與M8柵端輸入，本征負(fù)向信號(hào)L0_n從所述NMOS晶體管M6與M7的柵端輸入，所述NMOS晶體管M5、M6、M7、M8形成基爾伯特混頻結(jié)構(gòu)，最終低中頻信號(hào)的正向IF_p和負(fù)向IF_n分別從所述NMOS晶體管M8與M5的漏端傳輸出來(lái);所述NMOS晶體管M5通過(guò)第三負(fù)載同電源相連，所述NMOS晶體管M8通過(guò)第四負(fù)載同電源相連，所述電容的ClO另一端通過(guò)所述尾電流12接地，所述電容的Cll另一端通過(guò)所述尾電流13接地。
[0011]優(yōu)選地，所述射頻正向信號(hào)的輸入匹配包括無(wú)源電容C4和無(wú)源電感L3，所述無(wú)源電容C4并接在所述NMOS晶體管Ml柵極和源級(jí)之間，無(wú)源電感L3串接在所述匪OS晶體管Ml和M2共柵極點(diǎn)Vl與所述NMOS晶體管Ml柵極之間；所述射頻負(fù)向信號(hào)的輸入匹配包括無(wú)源電容C5和無(wú)源電感L4，所述無(wú)源電容C5并接在所述匪OS晶體管M2柵極和源級(jí)之間，無(wú)源電感L4串接在所述NMOS晶體管Ml和M2共柵極點(diǎn)Vl與所述NMOS晶體管M2的柵極之間。
[0012]優(yōu)選地，所述射頻正向信號(hào)的輸入匹配還包括無(wú)源電容C2和無(wú)源電阻Rl，所述無(wú)源電阻Rl串接在所述無(wú)源電感L3與所述NMOS晶體管Ml和M2共柵極點(diǎn)Vl之間，所述無(wú)源電容C2—端與所述無(wú)源電阻Rl和所述無(wú)源電感L3連接點(diǎn)相連，另一端接地;所述射頻負(fù)向信號(hào)的輸入匹配還包括無(wú)源電容C3和無(wú)源電阻R2，所述無(wú)源電阻R2串接在所述無(wú)源電感L4與所述NMOS晶體管Ml和M2共柵極點(diǎn)Vl之間，所述無(wú)源電容C3—端與所述無(wú)源電阻R2和所述無(wú)源電感L4連接點(diǎn)相連，另一端接地。
[0013]優(yōu)選地，所述高線性度有源雙平衡混頻器還包括無(wú)源電感LI和L2，所述無(wú)源電感LI串接在所述NMOS晶體管Ml和所述尾電流11之間，所述無(wú)源電感L2串接在所述NMOS晶體管M2和所述尾電流11之間。
[0014]優(yōu)選地，所述高線性度有源雙平衡混頻器還包括第一無(wú)源電阻和第二無(wú)源電阻，所述第一無(wú)源電阻串接在所述NMOS晶體管Ml和所述尾電流Il之間，所述第二無(wú)源電阻串接在所述NMOS晶體管M2和所述尾電流11之間。
[0015]優(yōu)選地，所述第一負(fù)載為無(wú)源電感L7，所述第二負(fù)載為無(wú)源電感L8，所述第三負(fù)載為無(wú)源電感L9，所述第四負(fù)載為無(wú)源電感L10。
[0016]優(yōu)選地，所述第一負(fù)