一種低壓低功耗有源混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及了射頻前端中的混頻器，尤其是低壓低功耗的有源混頻器，采用 CMOS工藝，在低壓數(shù)模混合電路中具有較大的優(yōu)勢(shì)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)混頻器相比，在 低電壓工作時(shí)具有較低的功耗，屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CMOS集成電路工藝技術(shù)的進(jìn)步，MOS管的尺寸越來越小，工作頻率也越來越 高，CMOS工藝已經(jīng)能夠制造幾個(gè)GHz甚至十幾GHz的射頻電路。另一方面，CMOS工藝特別 適合制造低功耗的數(shù)字電路，因此，射頻電路和數(shù)字電路往往集成在單片芯片中，形成SOC (system on chip)的設(shè)計(jì)方案。隨著MOS管尺寸的減小，其耐壓能力也越來越低，另一方面， 從降低功耗的角度來講，低電壓工作也是未來芯片設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，最新的45nm工藝的電源電 壓已經(jīng)降低到1.2V甚至更低。
[0003] 對(duì)數(shù)字電路來講，較低的電源電壓可以降低擺幅、提高速度并降低功耗，但是對(duì)于 射頻和模擬電路來講，較低的電源電壓并沒有明顯的優(yōu)勢(shì)，反而導(dǎo)致了電壓擺幅的降低、動(dòng) 態(tài)范圍的降低、工作狀態(tài)的改變等一系列問題。混頻器作為射頻前端的重要模塊，承擔(dān)著射 頻信號(hào)和中頻信號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換的任務(wù)，其性能也受到了電壓降低的影響。
[0004] 傳統(tǒng)的有源混頻器(單平衡結(jié)構(gòu)）如圖1所示，如上所述，隨著電源電壓VDD的降 低，圖1中作為負(fù)載電阻的Rl和R2會(huì)消耗一定的靜態(tài)電流，從而產(chǎn)生一定的靜態(tài)壓降，這 樣作為開關(guān)管的Nl和N2以及作為射頻信號(hào)輸入管的NO的工作電壓就會(huì)被壓縮。如果電 源電壓很低，那么上述三個(gè)管子很容易由于電壓裕度不夠而偏離正常工作狀態(tài)。
[0005] 圖1還有一個(gè)缺點(diǎn)就是，根據(jù)混頻器的傳輸函數(shù)公式：
[0007] 想要提高射頻信號(hào)到中頻信號(hào)的增益，要么增大電阻R1，要么提高NO管的gmO,前 者會(huì)進(jìn)一步壓縮工作電壓，后者會(huì)明顯的增加功耗，都會(huì)給設(shè)計(jì)帶來難度。
[0009] 該表達(dá)式必須在本振信號(hào)Vlop和Vlon為理想的大擺幅方波的情況下才成立，也 就是說，Nl和N2必須工作在開關(guān)狀態(tài)，否則增益會(huì)明顯的降低，甚至工作不正常。但是，隨 著射頻頻率的提高，各種寄生電容的存在會(huì)嚴(yán)重改變本信號(hào)的波形，使得方波很難存在，而 傾向于被低通濾波近似成為正弦波；另外大擺幅信號(hào)意味著較大的功耗，對(duì)于降低功耗不 利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本實(shí)用新型針對(duì)傳統(tǒng)有源混頻器技術(shù)的不足，提出了一種低壓低功耗的有源混頻 器，可以工作在較低的電源電壓下，對(duì)本振信號(hào)幅度要求不高，并且能夠獲得較高的增益。 具體技術(shù)方案如下：
[0011] -種低壓低功耗有源混頻器。包括RF輸入信號(hào)（Vrf )的交流耦合電容C0,直流偏 置電阻R0,射頻輸入管NI及其直流偏置管NO。其特征是所述射頻輸入管NI的柵極和所述 直流偏置管NO的柵極通過直流偏置電阻RO相連，并且所述NO管的柵極和其自身的漏極相 連；所述射頻輸入管Nl的漏極與負(fù)載管N2和負(fù)載管N3的源極相連，所述負(fù)載管N2的漏 極與負(fù)載管P2的漏極相連，所述負(fù)載管N3的漏極與負(fù)載管P3的漏極相連。中頻輸出信號(hào) Vifn從所述負(fù)載管N2和所述負(fù)載管P2相連的節(jié)點(diǎn)引出，中頻輸出信號(hào)Vifp從所述負(fù)載管 N3和所述負(fù)載管P3相連的節(jié)點(diǎn)引出。
[0012] 所述的一種低壓低功耗有源混頻器，其特征是所述負(fù)載管N2和所述負(fù)載管P2的 柵極分別通過電容C2和C3與正本振信號(hào)Vlop相連；所述負(fù)載管N3和所述負(fù)載管P3的柵 極分別通過電容C4和C5與負(fù)本振信號(hào)Vlon相連。
[0013] 所述的一種低壓低功耗有源混頻器，其特征是所述負(fù)載管P2和負(fù)載管P3的柵極 的直流電壓都是由直流偏置管PO提供的，所述PO管的柵極和漏極相連，并通過偏置電流源 12提供工作電流，所述直流偏置電壓通過電阻R3和R5分別接到負(fù)載管P2和負(fù)載管P3的 柵極。所述負(fù)載管N2和N3的柵極的直流電壓由所述NO管上串聯(lián)的一個(gè)電阻Rl來提供， 所述電阻Rl的上端電壓作為直流偏置電壓，比所述NO管的柵電壓略高，這個(gè)電壓通過電阻 R2和R4連接到所述N2和N3管的柵極。
[0014] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果：
[0015] 1、采用工作在線性區(qū)的PMOS管代替?zhèn)鹘y(tǒng)混頻器中的電阻，不消耗靜態(tài)電壓，適合 在低電壓下工作。
[0016] 2、采用工作在線性區(qū)的NMOS管來代替?zhèn)鹘y(tǒng)混頻器中的開關(guān)，可以明顯降低對(duì)本 振信號(hào)的幅度和波形的要求，從而降低本振電路的功耗。
[0017] 3、所采用的MOS負(fù)載電阻是可變電阻，在很低的功耗下，可以得到較大的電壓擺 幅。
【附圖說明】
[0018] 圖1為傳統(tǒng)的單平衡有源混頻器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0019] 圖2為本實(shí)用新型低壓低功耗有源混頻器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0020] 圖3為本實(shí)用新型低壓低功耗有源混頻器的簡(jiǎn)化模型圖。
[0021] 圖4為本實(shí)用新型低壓低功耗有源混頻器的另一種實(shí)施的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0023] 本實(shí)用新型的低壓低功耗混頻器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示，與圖1所示的傳統(tǒng)單 平衡有源混頻器相比，有相似之處，也有不同之處。
[0024] 相似之處在于，射頻信號(hào)Vrf?都是通過交流耦合連接到一個(gè)NMOS管的柵極，通過 該NMOS管的跨導(dǎo)gm將射頻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻電流信號(hào)；還有一點(diǎn)相似之處在于，所述射 頻電流信號(hào)都連接到兩個(gè)NMOS管上（圖1的Nl、N2和圖2的N2、N3)，并且這兩個(gè)NMOS管 的柵極都分別連接到正負(fù)本振信號(hào)Vlop和Vlon之上。
[0025] 但是，所述兩個(gè)NMOS管在本實(shí)用新型中的作用和傳統(tǒng)單平衡混頻器中的作用完 全不同，在傳統(tǒng)單平衡混頻器（圖1)中，Nl和N2是作為開關(guān)管工作的，其柵極所連接的本 振信號(hào)Vlop和Vlon必須是擺幅較大的方波信號(hào)，使得射頻電流信號(hào)周期性的分別流過NI 或者N2。而在本實(shí)用新型（圖2 )中，N2和N3不是作為開關(guān)工作的，其柵端的直流電壓通過