專利名稱：具有改良二階截取點的用于直接轉(zhuǎn)換收發(fā)器的混頻器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻通信系統(tǒng)，特別是用于直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的混頻器電路。
背景技術(shù)：
在射頻(RF)通信系統(tǒng)中，基帶信號被轉(zhuǎn)換成用于傳輸?shù)?比較高的)載頻，并且在接收機(jī)中該載頻被轉(zhuǎn)換回基帶信號。為了發(fā)送，將基帶信號調(diào)制為載頻并輸出到天線。在發(fā)送中的頻率轉(zhuǎn)換被稱為“上變頻”。為了接收，用天線檢測載波信號并將其解調(diào)為用于其輸出的基帶信號。在接收中的頻率轉(zhuǎn)換被稱為“下變頻”。
上變頻表示將基帶信號轉(zhuǎn)換為具有比基帶信號高的頻率的載波信號，下變頻表示將載波信號轉(zhuǎn)換為具有比載波信號低的頻率的基帶信號。
相關(guān)技術(shù)的收/發(fā)機(jī)制主要分為零差機(jī)制和外差機(jī)制。
在接收/發(fā)送中，外差機(jī)制使用頻率比RF信號低的中頻(IF)信號，因此，在發(fā)送和接收系統(tǒng)中，能夠容易地放大，并且選擇性和保真度可以較高。
零差機(jī)制被稱為“直接轉(zhuǎn)換”，直接將載波信號(RF)轉(zhuǎn)換為基帶信號。因此，在發(fā)送和接收系統(tǒng)中的“直接轉(zhuǎn)換”表示RF頻率不被轉(zhuǎn)換為中頻(IF)而被直接轉(zhuǎn)換為基帶頻率。這樣的直接轉(zhuǎn)換的優(yōu)點是使用的硬件簡單而且功耗可以最小化。
然而，直接轉(zhuǎn)換可能存在這樣的問題，例如自混頻、I-Q不匹配、和來自混頻器的DC分量。
由于RF信號的中心頻率與本地振蕩器的LO頻率基本相同，耦合將本地振蕩器的信號施加在RF的輸入端(或?qū)F信號的一部分施加到LO輸入端)，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致自混頻。因此，在每個輸入端中產(chǎn)生了一個對應(yīng)的兩個信號的差值的DC分量。這個問題的解決方法包括增加屏蔽或隔離。
當(dāng)直接轉(zhuǎn)換使用正交結(jié)構(gòu)時就會產(chǎn)生I-Q不匹配，在正交結(jié)構(gòu)中本地振蕩器的信號被分為相互之間具有90°相位差并具有相同幅度的信號，然后被分開的信號被分別施加在I和Q信道混頻器上。在兩個被施加并被分開的信號相互之間具有不同的幅度或兩個信號的相位差不是90°情況下，在接收/發(fā)送中出錯的可能性很高。
此外，在直接轉(zhuǎn)換中，二階截取點(second order intercept point，IP2)通常由通信系統(tǒng)的設(shè)計者考慮。在使用中頻(IF)的超外差機(jī)制中，IP3(三階截取點)具有重要的意義。在通信系統(tǒng)中，將具有基帶頻率的信號調(diào)制成載波信號以發(fā)送或接收它。當(dāng)兩個或更多頻率通過非線性系統(tǒng)或電路時，輸出一個不是作為輸入信號而存在的信號。這叫做相互調(diào)制(IM)。IMD(互調(diào)失真)表示由IM分量導(dǎo)致的失真。當(dāng)兩個頻率通過單一的非線性系統(tǒng)并且在輸出側(cè)檢測到與這兩個頻率的諧波的和差相關(guān)的分量的時候，IMD會引起問題，會干擾調(diào)制和解調(diào)。
然而，在不使用IF直接轉(zhuǎn)換的情況下，由于在混頻器中的基帶信號是直接從載波信號轉(zhuǎn)換的，二階IMD的影響要比三階IMD項的影響大。
因此，在將載波信號轉(zhuǎn)換成IF的情況下，二階IMD與初始信號的基帶在頻率上有差異，但是接近基帶。在直接轉(zhuǎn)換的情況下，二階IMD接近基帶信號。因此，在直接轉(zhuǎn)換中二階IMD項的調(diào)節(jié)是防止信號失真的重要的考慮因素。
二階IMD項的干擾程度的指標(biāo)是IP2(二階截取點)。IP2表示系統(tǒng)的線性程度，是通信中的一個很重要的參數(shù)。一個輸入信號的連續(xù)增加使最初很小的二階IMD信號增大到與在二階截取點(IP2)的初始信號相同的功率電平。
因此，初始信號頻率能量滿足二階IMD的能量點被稱為IP2。
為了保證通信系統(tǒng)的線性度，IP2應(yīng)該很高，這表示二階IMD的生成的最小化。
通常，用于直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)的混頻器具有IP2校正電路，用于調(diào)整IP2。
圖1A和1B是說明用于直接轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)混頻器的電路圖。
圖1A是說明使用在直接轉(zhuǎn)化中的傳統(tǒng)單平衡混頻器的電路圖。
參閱圖1A，單平衡混頻器包括開關(guān)對(一對開關(guān))101，負(fù)載阻抗103和跨導(dǎo)級105?？鐚?dǎo)級105包括電流源It和晶體管Q1。射頻(RF)信號被輸入到晶體管Q1的柵極。
開關(guān)對101包括兩個開關(guān)S1和S2。開關(guān)S1執(zhí)行由本地振蕩信號LO+控制的開-關(guān)操作。開關(guān)S2執(zhí)行由本地振蕩信號LO-控制的開-關(guān)操作，該本地振蕩信號LO-與本地振蕩信號LO+相比具有180度的相位差。
圖1B是說明使用在直接轉(zhuǎn)化中的傳統(tǒng)雙平衡混頻器的電路圖。傳統(tǒng)雙平衡混頻器是吉爾伯特單元形式的。吉爾伯特單元是交叉耦合的差分放大器。吉爾伯特單元被用作具有小的信號增益和負(fù)載阻抗111的主動混頻器，負(fù)載阻抗111控制小的信號增益并用于校正IP2。
負(fù)載阻抗電路103包括電阻器R1和R2。通常使用晶體管作為開關(guān)S1和S2以使單平衡混頻器具有小的信號增益。負(fù)載阻抗電路103控制小信號增益并被使用來校正IP2。
參閱圖1B，雙平衡混頻器包括兩個開關(guān)對107和109、負(fù)載阻抗111和跨導(dǎo)級113。
雙平衡混頻器的兩個開關(guān)對包括第一開關(guān)對107(具有開關(guān)S1和S2)和第二開關(guān)對109(具有開關(guān)S3和S4)。這些開關(guān)可以由MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管或雙極性晶體管實現(xiàn)。開關(guān)S2和S3都執(zhí)行由本地振蕩信號LO+控制的開-關(guān)(開關(guān))操作，開關(guān)S1和S4都執(zhí)行由本地振蕩信號LO-控制開-關(guān)(開關(guān))操作，本地振蕩信號LO-與本地振蕩信號LO+相比具有180°的相位差。
跨導(dǎo)級113包括晶體管Q1和Q2以及電流源It，射頻(RF)信號輸入到每個晶體管，RF信號可以以那種方式輸入到包括雙平衡混頻器的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，其中射頻(RF)信號被輸入到晶體管Q1和Q2中的每一個。在包括雙平衡混頻器的發(fā)送機(jī)中，將基帶信號輸入到晶體管Q1和Q2。
負(fù)載阻抗111包括電阻器R3和R4。
改善IP2的傳統(tǒng)方法是將負(fù)載阻抗111調(diào)整到和二階諧波分量具有相同的幅度。這種改善IP2特性的方法具有局限性，必須精確地調(diào)整負(fù)載阻抗111，但是很難。這種方法在RF信號的頻率相對較低的情況下更有效。然而，當(dāng)射頻信號的頻率相對較高的情況下，這個方法存在缺陷I-Q不匹配被產(chǎn)生并且甚至負(fù)載阻抗111的小變化也會使IP2的特性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供用于直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的混頻器。第一實施例提供了一種直接轉(zhuǎn)換混頻器，該混頻器具有用四個相移本地振蕩信號控制的兩個開關(guān)對(兩對開關(guān))，為了開關(guān)對輸出在I-Q圖上相互正交的信號，這四個相移本地振蕩信號是相互正交的，。相互正交的兩個輸出信號不互相地干擾并且具有預(yù)定的小的信號增益。
通常，直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)的混頻器可能包含四個或八個由四個相移本地振蕩信號控制的開關(guān)，這四個相移本地振蕩信號是彼此正交的以輸出在I-Q圖上相互正交的信號。
從四個相移本地振蕩信號所控制的開關(guān)輸出的信號除去了I-Q不匹配和DC分量，改善了IP2特性。本發(fā)明的實施例提供了一種通過修改混頻器的結(jié)構(gòu)和LO信號的輸入端從而具有改善的IP2特性的單平衡混頻器電路。
在一些實施例中，單平衡混頻器包括設(shè)定為接收第一本地振蕩信號和第二本地振蕩信號的第一開關(guān)對，第二本地振蕩信號相對于第一本地振蕩信號具有90°的相位差；設(shè)定接收第三本地振蕩信號和第四本地振蕩信號的第二開關(guān)對，第三本地振蕩信號相對于第二本地振蕩信號具有180°相位差，第四本地振蕩信號相對于第三本地振蕩信號具有90°的相位差同時相對于第一本地振蕩信號具有180°的相位差；與第一開關(guān)對和第二開關(guān)對共同耦合并設(shè)定為接收輸入信號的跨導(dǎo)級；在第一和第二開關(guān)對之間耦合的負(fù)載阻抗以及電源電壓VDD。這個跨導(dǎo)級可以主要由串聯(lián)“電流源”(例如，電阻器)的放大器(晶體管)組成。
在另外一些實施例中，一種雙平衡混頻器包括設(shè)定為由第一本地振蕩信號控制的第一開關(guān)對；設(shè)定為由第二本地振蕩信號控制的第二開關(guān)對；設(shè)定為由第三本地振蕩信號控制的第三開關(guān)對；設(shè)定為由第四本地振蕩信號控制的第四開關(guān)對；設(shè)定為由第四本地振蕩信號控制的第五開關(guān)對；設(shè)定為由第三本地振蕩信號控制的第六開關(guān)對；設(shè)定為由第二本地振蕩信號控制的第七開關(guān)對；設(shè)定為由第一本地振蕩信號控制的第八開關(guān)對。
第二本地振蕩信號相對于第一本地振蕩信號有90°的相位差；第三本地振蕩信號相對于第二本地振蕩信號具有180°的相位差；第四本地振蕩信號相對于第三本地振蕩信號具有90°相位差同時相對于第一本地振蕩信號具有180°相位差。
在其他實施例中，一種直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)包括設(shè)定為移動本地振蕩信號的相位的移相器；設(shè)定為基于所述移相器的輸出信號對所述RF信號執(zhí)行第一次下變頻的第一混頻器(以上第一和第二混頻器的實施例中的任意一個)；設(shè)定為基于第一混頻器的輸出生成對應(yīng)于同相分量的基帶信號的第一基帶信號處理器；設(shè)定為基于該移相器輸出信號對所述RF信號執(zhí)行第二次下變頻的第二混頻器(例如，和第一混頻器相同的類型)設(shè)定為基于第二混頻器的輸出生成對應(yīng)于正交分量的基帶信號的第二基帶信號處理器。
在其他實施例中，一種直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)包括設(shè)定為移動本地振蕩信號的相位的移相器；設(shè)定為接收對應(yīng)于同相分量的基帶信號的第一基帶信號處理器；設(shè)定為接收第一基帶信號處理器的輸出并設(shè)定為基于移相器的輸出信號對RF信號執(zhí)行第一次上變頻的第一混頻器(以上第一和第二混頻器的實施例中的任意一個)；設(shè)定為接收對應(yīng)于正交分量的基帶信號的第二基帶信號處理器；以及設(shè)定為接收第二基帶信號處理器的輸出并設(shè)定為基于移相器的輸出信號對RF信號執(zhí)行第二次上變頻的第二混頻器(例如，與第一混頻器同一類型)。
此外，本發(fā)明的另外一個特點是提供一種使用包括單平衡混頻器實施例或雙平衡混頻器實施例的混頻器電路的接收機(jī)和發(fā)送機(jī)的直接轉(zhuǎn)換收發(fā)器。


通過參照相應(yīng)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的典型實施例，本發(fā)明的上述和其他特性將顯而易見，其中圖1A和1B是圖解說明用于直接轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)混頻器的電路圖；圖2A到2C是說明根據(jù)本發(fā)明典型實施例的單平衡混頻器的框圖和電路圖；圖3A到3C是說明根據(jù)本發(fā)明另一個典型實施例的雙平衡混頻器的框圖和電路圖；圖4A到4C是說明根據(jù)本發(fā)明再另一個典型實施例的雙平衡混頻器的框圖和電路圖；圖5A是說明包括根據(jù)本發(fā)明實施例的混頻器的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)的框圖；圖5B是說明包括根據(jù)本發(fā)明實施例的混頻器的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)的框圖。
具體實施例方式
圖2A、2B和2C是舉例說明根據(jù)本發(fā)明典型實施例的單平衡混頻器的框圖和電路圖。
傳統(tǒng)的單平衡混頻器包括一開關(guān)對和一跨導(dǎo)級(具有一晶體管)，而根據(jù)本發(fā)明實施例的混頻器包括兩個開關(guān)對和一跨導(dǎo)級(具有一晶體管)。因而在嚴(yán)格意義上講，本發(fā)明的典型實施例的混頻器也許不是“單平衡”混頻器。然而，為了方便，第一典型實施例的混頻器在下文中將被稱為單平衡混頻器。
圖2A的單平衡混頻器包括第一開關(guān)對201、第二開關(guān)對203、跨導(dǎo)級205和負(fù)載阻抗電路207。
第一開關(guān)對201接收第一本地振蕩信號LO1和第二本地振蕩信號LO2。在第一本地振蕩信號LO1是參考信號的情況下，LO1在I-O圖中屬于I+(同相的)信號并且被表示為LO1(I+)。第二本地振蕩信號LO2與第一本地振蕩信號LO1相比具有90°的相位差。如果LO1屬于I+(同相的)信號那么在I-O圖第二本地振蕩信號就LO2屬于Q-(正交的)。更可取的，該LO1信號和LO2信號相互具有相同的幅度，相互之間具有90°的相位差。
第二開關(guān)對203接收第三本地振蕩信號LO3和第四本地振蕩信號LO4。在第二本地振蕩信號LO2是Q-信號的情況下，第三本地信號LO3是Q+信號(同時在替換的LO2是Q+信號的情況中，第三本地振蕩信號LO3是Q-信號)。因而，LO2信號和LO3信號相對于彼此具有180°的相位差。同樣地，第四本地振蕩信號LO4與第一振蕩信號LO1相比較具有180°的相位差。從而，第四本地振蕩信號LO4在I-Q圖屬于I-信號。更可取的，該LO3和LO4本地振蕩信號具有相同的幅度，并且相互之間具有90°的相位差。
負(fù)載阻抗電路207具有第一負(fù)載209和第二負(fù)載211。第一負(fù)載209的一端與第一開關(guān)對201的第一輸出端耦合，并與第二開關(guān)對203的第三輸出端耦合。第一負(fù)載209的另外一端連接在電源電壓VDD上。
此外，第二負(fù)載211的一端與第一開關(guān)對201的第二輸出端耦合，同時也與第二開關(guān)對203的第四輸出端耦合。第二負(fù)載211的另外一端連接在電源電壓VDD上。
跨導(dǎo)級205連接在(與第一開關(guān)對201和第二開關(guān)對203耦合的)公共節(jié)點和地電壓或VSS之間。在單平衡混頻器被用在直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)中的情況下，基帶信號被輸入到跨導(dǎo)級205。在單平衡混頻器被用在直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)中的情況下，RF信號被輸入到跨導(dǎo)級205。
參考圖2B，第一開關(guān)對(圖2A中的201)包括開關(guān)S1和S2。開關(guān)S1由第一本地振蕩信號LO1(I+)控制，開關(guān)S2由第二本地振蕩信號LO2(Q-)控制。更進(jìn)一步，第二開關(guān)對(圖2A中的203)包括開關(guān)S3和S4。開關(guān)S3由第三本地振蕩信號LO3(Q+)控制，開關(guān)S4由第四本地振蕩信號LO4(I-)控制。
第一負(fù)載209連接在公共節(jié)點(耦合到第一開關(guān)S1的第一輸出端和第三開關(guān)S3的第三輸出端)和電源電壓VDD之間。同樣地，第二負(fù)載211連接在公共節(jié)點(耦合到第二開關(guān)S2的第二輸出端和第四開關(guān)S4的第四輸出端)和電源電壓VDD之間。
將RF信號輸入到晶體管QN5的柵極。晶體管QN5的一個電極與四個的開關(guān)S1、S2、S3和S4公共耦合，該晶體管QN5對于跨導(dǎo)級執(zhí)行小信號模型功能；并且，晶體管QN5的另一個電極連接地或VSS。由于應(yīng)當(dāng)通過晶體管QN5施加偏流，以便(通過開關(guān)S1、S2、S3和S4)操作開關(guān)電路，跨導(dǎo)級應(yīng)該包括一個電流源。可是，考慮到小信號模型，跨導(dǎo)級205的電流源可以被制作為電阻器(為了方便解釋而未示出)。
根據(jù)本地振蕩信號LO1、LO2、LO3和LO4的控制，開關(guān)S1、S2、S3和S4分別地執(zhí)行開-關(guān)(開關(guān))操作，用本地振蕩信號LO1到LO4乘以輸入到晶體管QN5柵極的RF信號分別(所以可以通過開關(guān)S1、S2、S3和S4輸出端輸出相乘后的信號)。此外，本地振蕩信號是方波或正弦波。
RF信號與第一本地振蕩信號LO1(I+)(控制第一開關(guān)S1的操作)和第三本地信號LO3(Q+)(控制第三開關(guān)S3的操作)相乘。所以，從第一輸出端和第三輸出端輸出I-Q圖中的I+信號和Q+信號(并在第一混頻器輸出端公共節(jié)點對其求和)。此外，既然在I-Q圖中同相信號分量和正交分量不會互相干擾，所以可以得到具有相同振幅只是具有90°相位差的輸出信號(并在第一混頻器輸出端公共節(jié)點對該輸出信號求和)。
此外，RF信號與第二本地振蕩信號LO2(Q-)(控制第二開關(guān)S2的操作)和第四本地振蕩信號LO4(I-)(控制第四開關(guān)S4的操作的)相乘。所以，從第二輸出端和第四輸出端I-Q圖中的I-信號和Q-信號(并在第二混頻器輸出端公共節(jié)點對其求和)。更進(jìn)一步，既然上述的I-信號和Q-信號在I-Q圖中是彼此正交的，這兩個信號不會彼此干擾。因此，在本地振蕩信號LO1、LO2、LO3和LO4具有相同的幅度的情況下，可以在第二輸出端和第四輸出端得到具有相同的幅度和90°的相位差的輸出信號。
此外，由于在第一和第二混頻器的輸出端輸出的信號彼此具有180的相位差，所以能夠避免在I-Q圖中的不匹配，并且第二IMD(互調(diào)失真，InterModulation Distortion)能夠得到最小化。
圖2C是舉例說明根據(jù)本發(fā)明典型的實施例的單平衡混頻器的電路圖，該單平衡混頻器是用MOS晶體管實現(xiàn)的。
參考圖2C，第一開關(guān)對(圖2A中的201)包括第一晶體管QN1和第二晶體管QN2。因此，圖2B中第一開關(guān)S1與晶體管QN1相對應(yīng)，并且圖2B中第二開關(guān)S2與晶體管QN2相對應(yīng)。第一本地振蕩信號LO1(I+)被輸入到晶體管QN1(開關(guān)S1)的柵極，而第二本地振蕩信號LO2(Q-)被輸入到晶體管QN2(開關(guān)S2)的柵極。
同樣地，第二開關(guān)對(圖2A中的203)包括第三晶體管QN3和第四晶體管QN4。圖2B中第三開關(guān)S3與晶體管QN3相對應(yīng)，而圖2B中第四開關(guān)S4與晶體管QN4相對應(yīng)。第三本地振蕩信號LO3(Q+)被輸入到晶體管QN3的柵極，而第四本地振蕩信號LO4(I-)被輸入到晶體管QN4的柵極。
晶體管QN1的第一輸出端和晶體管QN3的第三輸出端共同與(圖2A中負(fù)載阻抗電路207的)電阻器R1相耦合。因此，電阻器R1與圖2B中第一負(fù)載(209)相對應(yīng)。同樣地，晶體管QN2的第二輸出端和晶體管QN4的第四輸出端共同與(圖2A中負(fù)載阻抗電路207的)電阻器R2相耦合。因此，電阻器R2與圖2B中第二負(fù)載(211)相對應(yīng)。
跨導(dǎo)級(圖2A中的205)包括與電流源It串聯(lián)連接的晶體管QN5。RF信號被輸入到上述QN5的柵極。此外，晶體管QN5的漏極與四個晶體管QN1、QN2、QN3和QN4共同耦合，并且晶體管QN5的源極與電流源It耦合。電流源It提供偏流給組成第一和第二開關(guān)對的晶體管。
根據(jù)本地振蕩信號LO1到LO4的控制，上述晶體管執(zhí)行開-關(guān)的操作，因此，用LO1到LO4信號的每一個乘以輸入到晶體管QN5的柵極的RF信號，以便相乘后的信號可以從每個晶體管的輸出端輸出。此外，本地振蕩信號可以是方波或正弦波。
將RF信號乘以第一本地振蕩信號LO1(I+)(控制晶體管QN1的操作)和第三本地信號LO3(Q+)(控制晶體管QN3的操作)。從而，從第一輸出端和第三輸出端輸出在I-Q圖中的I+信號和Q-信號并對它們求和。輸出的信號具有預(yù)定的小的信號增益，該預(yù)定的小的信號增益是由每個晶體管的小信號輸出阻抗和電阻器R1控制的。此外，既然同相分量和正交分量在I-Q圖中不會干擾，能夠得到具有相同大小并彼此具有90°的相位差的輸出信號。
同樣地，將RF信號乘以第二本地振蕩信號LO2(Q-)(控制晶體管QN2的操作)和第四本地振蕩信號LO4(I-)(控制晶體管QN4的操作)。從而，從第二輸出端和第四輸出端輸出在I-Q圖中的I-信號和Q-信號并對它們求和。輸出信號具有預(yù)定的小信號增益，該預(yù)定的小信號增益由每個晶體管的小信號輸出阻抗和電阻器R2所控制。此外，既然I-信號和Q-信號在I-Q圖中彼此正交，他們彼此之間不會干擾。因此，在本地振蕩信號LO1、LO2、LO3和LO4具有相同的幅度的情況下，能夠在第二輸出端和第四輸出端的得到具有相同的幅度和彼此具有90°的相位差的輸出信號。此外，既然在第一和第二混頻器輸出端的信號彼此具有180°的相位差，可以避免在I-Q圖中的不匹配，并且第二IMD(IMD2)的發(fā)生能夠得到最小化。
雖然在圖2C開關(guān)中被描述成為由MOS晶體管所構(gòu)成，開關(guān)也能夠由雙極性晶體管所構(gòu)成，以及由其它形式的開關(guān)構(gòu)成。此外，優(yōu)選地，電阻器R1和R2具有相同的值，并且根據(jù)使用類型，這兩個電阻器與電容器或者電感器一起被構(gòu)造成阻抗電路(例如，其阻抗幅度根據(jù)頻率而改變)。
在圖2C中，輸入到晶體管QN5的柵極的信號是RF信號。在直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)中使用單平衡混頻器的情況下使用這種結(jié)構(gòu)。此外，由于執(zhí)行了直接轉(zhuǎn)換，所以不會輸出中頻，并且RF信號的中心頻率基本上等于本地振蕩信號的頻率。
進(jìn)一步，在直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)中使用單平衡混頻器的情況下，基帶信號被提供到晶體管QN5的柵極。因此，本地振蕩信號的頻率基本上等于第一和第二混頻器的輸出端的之間的差分信號Vo的中心頻率。
圖3A到3C是說明根據(jù)本發(fā)明的另一個典型實施例的雙平衡混頻器的框圖和電路圖。
傳統(tǒng)的雙平衡混頻器包括兩個開關(guān)對和一個有兩個晶體管的跨導(dǎo)級。本發(fā)明的當(dāng)前實施例包括四個開關(guān)對和一個具有兩個晶體管的跨導(dǎo)級，因此從嚴(yán)格意義上講，這種配置的混頻器不是一個“雙平衡混頻器”。然而，為了方便，根據(jù)本發(fā)明的另一個典型的實施例這個混頻器在下文中稱為雙平衡混頻器。
在圖3A中，雙平衡混頻器包括第一開關(guān)對301、第二開關(guān)對303、第三開關(guān)對305、第四開關(guān)對307、跨導(dǎo)級309和負(fù)載阻抗電路311。
第一開關(guān)對301和第四開關(guān)對307都接收第一本地振蕩信號LO1和第二本地振蕩信號LO2。在第一本地振蕩信號LO1被設(shè)置為參考信號的情況下，第一本地振蕩信號LO1在I-Q圖上和I+(同相)一致。與第一本地振蕩信號LO1相比第二本地振蕩信號LO2具有90°的相位差。當(dāng)信號LO1與I+一致時，第二本地振蕩信號LO2在I-Q圖上與Q-(正交)一致。更可取的是，第一本地振蕩信號LO1(如，I+)和第二本地振蕩信號LO2(如，Q-)具有相同的幅度和90°的相位差。
第二開關(guān)對303和第三開關(guān)對305都接收第三本地振蕩信號LO3和第四本地振蕩信號LO4。第三本地振蕩信號LO3是Q+信號相對LO2(Q-)有180°的相位差。此外，第四本地振蕩信號LO4相對第一本地振蕩信號LO1(I+)有180°的相位差。換句話說，LO4在I-Q圖上對應(yīng)I-信號。更可取的是，第三本地振蕩信號LO3(如Q+)和第四本地振蕩信號LO4具有相同的幅度并彼此具有90°的相位差。
負(fù)載阻抗電路311包括第一負(fù)載313和第二負(fù)載315。第一負(fù)載313連接在節(jié)點(公共地連接在第一開關(guān)對301的第一輸出端和第二開關(guān)對303的第三輸出端，還有第三開關(guān)對305的第五輸出端和第四開關(guān)對307的第七輸出端上)和電源電壓VDD之間。
第二負(fù)載315連接在節(jié)點(公共地連接在第一開關(guān)對301的第二輸出端和第二開關(guān)對303的第四輸出端，還有第三開關(guān)對305的第六輸出端和第四開關(guān)對307的第八輸出端上)和電源電壓VDD之間。
跨導(dǎo)級309連接在節(jié)點(共同地連接在第一開關(guān)對301和第二開關(guān)對303，還有第三開關(guān)對305和第四開關(guān)對307上)與地或者VSS之間。當(dāng)雙平衡混頻器用在直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)上時，將差分的基帶信號用在跨導(dǎo)級309上。當(dāng)雙平衡混頻器用在直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)上時，將差分的射頻信號施加在跨導(dǎo)級309上。
圖3B是說明根據(jù)本發(fā)明的另一個典型實施例的雙平衡混頻器的電路圖。
在圖3B的雙平衡混頻器中，第一開關(guān)對(圖3A的301)包括開關(guān)S1和S2，其中開關(guān)S1由LO1(I+)信號控制而開關(guān)S2由LO2(Q-)信號控制。第二開關(guān)對包括開關(guān)S3和S4，其中開關(guān)S3由LO3(Q+)信號控制并且開關(guān)S4由LO4(I-)信號控制。
第三開關(guān)對包括開關(guān)S5和S6，其中開關(guān)S5由LO4(I-)信號控制而開關(guān)S6由LO3(Q+)信號控制。第四開關(guān)對包括開關(guān)S7和S8，其中開關(guān)S7由LO2(Q-)信號控制而開關(guān)S8由LO4(I+)信號控制。
第一負(fù)載313連接在第一混頻器輸出端的節(jié)點(共同地與第一開關(guān)S1的第一輸出端和第三開關(guān)S3的第三輸出端，還有第五開關(guān)S5的第五輸出端和第七開關(guān)S7的第七輸出端耦合)和電源電壓VDD之間。
第二負(fù)載315連接在第二混頻器輸出端節(jié)點(共同地耦合在第二開關(guān)S2的第二輸出端和第四開關(guān)S4的第四輸出端，還有第六開關(guān)S6的第六輸出端和第八開關(guān)S8的第八輸出端)和電源電壓VDD之間。
執(zhí)行跨導(dǎo)級(圖3A的309)的小信號功能的晶體管QN51耦合在(圖3A的第一和第二開關(guān)對301和303的)四個開關(guān)S1、S2、S3和S4的共有的節(jié)點和地或者VSS之間。既然為了操作開關(guān)電路應(yīng)該采用偏流，那么跨導(dǎo)級應(yīng)該包括一個電流源。然而，考慮到小信號，將電流源制造為單個電阻器(為了方便解釋而未示出)。
執(zhí)行跨導(dǎo)級(圖3A的309)的小信號功能的晶體管QN5_2耦合在(圖3A的第三個和第四個開關(guān)對305和307的)開關(guān)S5、S6、S7和S8的共有節(jié)點和地或者VSS之間。為了提供偏流，可能將電流源(例如，未示出的電阻器)與晶體管QN5_2和地串聯(lián)地配置。
為差分信號的RF信號被施加在跨導(dǎo)級(圖3A的309)的晶體管QN5_1和QN5_2的每一柵極上。
開關(guān)S 1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8執(zhí)行開關(guān)操作，因此，施加在晶體管QN5_1和QN5_2的柵極上的差分RF信號被乘以LO1到LO4中的每個信號，以便可以從每個開關(guān)的輸出端輸出相乘后的信號，在奇數(shù)和偶數(shù)開關(guān)組中之間的開關(guān)的輸出端是相互連接的。奇數(shù)開關(guān)S1、S3、S5和S7的輸出端共同連接在第一混頻器輸出端(節(jié)點)上。偶數(shù)開關(guān)S2、S4、S6和S8的輸出端共同連接在第一混頻器輸出端(節(jié)點)上。此外，本地振蕩信號是方波或是正弦波。
RF信號被乘以控制第一開關(guān)S1的操作的LO1(I+)信號和控制第三開關(guān)S3的操作的LO3(Q+)信號。因此，在I-Q圖上的I+信號和Q+信號以總計的形式從第一輸出端和第三輸出端輸出。此外，該RF信號被乘以控制第五開關(guān)S5的操作的LO4(I-)信號和控制第七開關(guān)S7的操作的LO2(Q-)信號。由于晶體管QN5_2的柵極是一個差分(輔助的)輸入端，所以在I-Q圖上的I+信號和Q+信號從第五輸出端和第七個輸出端以總計的形式輸出。所有奇數(shù)開關(guān)(S1、S3、S5、S7)共同連接第一混頻器輸出端(節(jié)點)上，因此，來自四個開關(guān)的I+信號和Q+信號以總計的形式輸出。具有I+特性的兩個小信號電流同相結(jié)合，具有Q+特性的兩個小信號電流也通過前面所述的過程同相結(jié)合。因此，通過在第五和第七輸出端的正交信號，由于在第一和第三輸出端的信號彼此不正交或者幅度不同而發(fā)生的I-Q不匹配的影響得到了縮減。此外，因為同相分量和正交分量在I-Q圖中沒有干擾，可以得到具有相同的幅度和90°相位差的輸出信號。
RF信號被乘以控制第二開關(guān)S2的操作的LO2(Q-)信號和控制第四開關(guān)S4操作的LO4(I-)信號。因此，在I-Q圖上的I+信號和Q+信號從第二輸出端和第四輸出端以總計的形式輸出。此外，RF信號被乘以控制第六開關(guān)S6操作的LO3(Q+)信號和控制第八開關(guān)S8操作的LO1(I+)信號。然而，由于晶體管QN5_2的柵極是一個差分(輔助的)輸入端，所以在I-Q圖上的I-信號和Q-信號從第六輸出端和第八輸出端以總計的形式輸出。所有偶數(shù)開關(guān)(S2、S4、S6、S8)共同和第二混頻器輸出端(節(jié)點)相連，因此，來自四個開關(guān)的I-信號和Q-信號以總計的形式輸出。具有I-特性的兩個小信號電流同相結(jié)合，而具有Q-特性的兩個小信號電流也通過前面所述的過程同相結(jié)合。因此，通過在第六和第八輸出端的正交信號，由于在第二和第四輸出端的信號彼此不正交或者幅度不同而發(fā)生的I-Q不匹配的影響得到了縮減。此外，因為同相分量和正交分量在I-Q圖中沒有干擾，可以得到具有相同的幅度和90°相位差的輸出信號。此外，因為上述的I-信號和Q-信號在I-Q圖上相互正交，它們沒有干擾。因此，當(dāng)本地振蕩信號LO1、LO2、LO3和LO4具有相同的幅度，可以在第二混頻器輸出端(在第二、第四、第六、第八輸出端的公共節(jié)點)得到具有相同幅度并彼此具有90°相位差的輸出信號。
此外，由于在第一和第二混頻器輸出端的信號在它們之間具有180°的相位差，所以可以避免在I-Q圖上的不匹配，發(fā)生二階IMD的情況可以得到最小化。
圖3C是按照發(fā)明的當(dāng)前實施例說明用MOS晶體管組成的雙平衡混頻器的電路圖。
參照3C，第一開關(guān)對(圖3A中的301)包括晶體管QN1_1和晶體管QN1_2。因此，圖3B中的第一開關(guān)S1對應(yīng)晶體管QN1_1，而圖3B中的第二開關(guān)S2對應(yīng)晶體管QN1_2。LO1(I+)信號被輸入到晶體管QN1_1的柵極，LO2(Q-)信號被輸入到晶體管QN1_2的柵極。
同樣地，第二開關(guān)對(圖3A中的303)包括晶體管QN2_1和晶體管QN2_2。因此，圖中3B中的第三開關(guān)S3對應(yīng)晶體管QN2_1，而圖3B中的第四開關(guān)S4對應(yīng)晶體管QN2_2。LO3(Q+)信號被輸入到晶體管QN2_1的柵極，而LO4(I-)信號被輸入到晶體管QN2_2的柵極。
同樣，第三開關(guān)對(圖3A中的305)包括晶體管QN3_1和晶體管QN3_2。因此，圖3B中的第五開關(guān)S5對應(yīng)晶體管QN3_1，圖3B中的第六開關(guān)S6對應(yīng)晶體管QN3_2。LO4(I-)信號被輸入到晶體管QN3_1的柵極，LO3(Q+)信號輸入到晶體管QN3_2的柵極。
同樣，第四開關(guān)對(圖3A中的307)包括晶體管QN4_1和晶體管QN4_2。因此，圖3B中的第七開關(guān)S7對應(yīng)晶體管QN4_1，而圖3B中的第八開關(guān)S8對應(yīng)晶體管QN4_2。LO2(Q-)信號被輸入到晶體管QN4_1的柵極，而LO1(I+)信號被輸入到晶體管QN4_2的柵極。
晶體管QN1_1的第一輸出端，晶體管QN2_1的第三輸出端，晶體管QN3_1的第五輸出端，晶體管QN4_1的第七輸出端共同連接在電阻器R1上。因此，電阻器R1對應(yīng)圖3B中的第一負(fù)載313。同樣，晶體管QN1_2的第二輸出端，晶體管QN2_2的第四輸出端，晶體管QN3_2的第六輸出端，晶體管QN4_2的第八輸出端共同連接在電阻器R2上。因此，電阻器R2對應(yīng)圖3B中的第二負(fù)載315。
跨導(dǎo)級包括晶體管QN5_1和QN5_2、以及電流源It。RF信號被差分地輸入到晶體管QN5_1和QN5_2的柵極。此外，晶體管QN5_1的漏極共同連接到四個(開關(guān))晶體管QN1_1、QN1_2、QN2_1和QN2_2，并且晶體管QN5_1的源極和電流源It耦合。同樣地，晶體管QN5_2的漏極共同連接到四個晶體管QN3_1、QN3_2、QN4_1和QN4_2，并且晶體管QN5_2的源極和電流源It耦合。
電流源It向組成第一、第二、第三和第四開關(guān)對的(開關(guān))晶體管(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8)提供偏流。
晶體管根據(jù)本地振蕩信號LO1到LO4的控制來執(zhí)行開-關(guān)(開關(guān))操作，因此，輸入到晶體管QN5_1和QN5_2每一個柵極的RF信號被乘以將要從每個(開關(guān))晶體管的輸出端輸出的LO1到LO4信號。此外，本地振蕩信號可以是方波或是正弦波。
RF信號被乘以控制晶體管QN1_1的操作的LO1(I+)信號和控制晶體管QN1_1的操作的LO3(Q+)信號。因此，在I-Q圖上的I+信號和Q+信號從第一輸出端和第三輸出端輸出。輸出信號獲得由每個晶體管的小信號輸出阻抗和電阻器R1預(yù)定的小信號增益。
RF信號被乘以控制晶體管QN3_1的操作的LO4(I-)信號和控制晶體管QN4_1的操作的LO2(Q-)信號。因此，在I-Q圖上的I+信號和Q+信號從第五輸出端和第七輸出端輸出。輸出信號獲得由每個晶體管的小信號輸出阻抗和電阻器R1預(yù)定的小信號增益。第一輸出端、第三輸出端、第五輸出端和第七輸出端共同接到第一混頻器輸出端(節(jié)點)。因此，對在第一輸出端和第三輸出端中形成的小信號電流與在第五輸出端和第七輸出端中形成的小信號電流進(jìn)行求和。
此外，由于同相分量和正交分量在I-Q圖上沒有干擾，可以得到具有相同幅度并且在它們之間具有90°相位差的輸出信號。
RF信號也被乘以控制晶體管QN1_2的操作的LO2(Q-)信號和控制晶體管QN2_2的操作的LO4(I-)信號。因此，I-Q圖上的I-信號和Q-信號從第二輸出端和第四輸出端輸出。輸出信號獲得由每個晶體管的小信號輸出阻抗和電阻器R2預(yù)定的一個小信號增益。
RF信號還被乘以控制晶體管QN3_2的操作的LO(Q+)信號和控制晶體管QN3_2的操作的LO1(I+)信號。因此，I-Q圖上的I-信號和Q-信號從第六輸出端和第八輸出端以總計的形式輸出。輸出信號獲得由每個晶體管的小信號輸出阻抗和電阻器R2預(yù)定的小信號增益。第二輸出端、第四輸出端、第六輸出端和第八輸出端共同接到第二混頻器輸出端(節(jié)點)。因此，對在第二輸出端和第四輸出端中形成的小信號電流與在第六輸出端和第八輸出端中形成的小信號電流求和。
此外，由于同相分量和正交分量在I-Q圖上沒有互相干擾，因此可以得到具有相同幅度和在它們之間具有90°相位差的輸出信號。因此，在本地振蕩信號LO1、LO2、LO3和LO4具有相同幅度的情況下，可以在第一個和第二混頻器的每一個輸出端得到具有相同幅度和90°相位差的輸出信號。
此外，由于第一混頻器輸出端和第二混頻器輸出端的信號之間有180°相位差，所以可以避免在I-Q圖上的不匹配，并且二階IMD的發(fā)生可以降到最低。
雖然開關(guān)(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8)在圖3C所示為由MOS晶體管形成，但是這些開關(guān)也可以由雙極性晶體管和其他的開關(guān)技術(shù)形成。此外，電阻器R1和R2最好具有相同的值，并且根據(jù)將要實際使用的類型二被提供有電容器或電感器，例如其阻抗幅度隨著頻率變化的阻抗電路。
在圖3C中的雙平衡混頻器用于直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)的情況下，輸入到晶體管QN5_1和QN5_2的每一個柵極的信號是RF信號。此外，由于執(zhí)行直接轉(zhuǎn)換，所以沒有輸出中頻，并且RF信號的中心頻率基本上同本地振蕩信號的頻率相等。
此外，在直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)中利用雙平衡混頻器的情況下，基帶信號輸入到晶體管QN5_1和QN5_2的每一個柵極。因此，本地振蕩信號的頻率基本上等于第一混頻器輸出端和第二混頻器輸出端之間的差分信號Vo的中心頻率。
圖4A到4C是說明按照當(dāng)前發(fā)明的另一個典型實施例的雙平衡混頻器的框圖和電路圖。
圖4A的雙平衡混頻器同圖3A中所示的混頻器相似，除了LO3(Q+)信號代替LO2(Q-)被輸入到第一開關(guān)對301；LO2(Q-)信號代替LO3(Q+)被輸入到第二開關(guān)對303；LO2(Q-)信號代替LO3(Q+)被輸入到第三開關(guān)對305；以及LO3(Q+)信號代替LO2(Q-)被輸入到第四開關(guān)對307。
因此，I+信號和Q-信號從第一輸出端和第三輸出端輸出，而I+信號和Q-信號從第五輸出端和第七輸出端輸出。因此，相互正交的信號從第一混頻器的輸出端輸出。然而，正交分量的相位和圖3A中的不同。
同樣地，I-信號和Q+信號從第二輸出端和第四輸出端輸出，I-信號和Q+信號從第六輸出端和第八輸出端輸出。因此，相互正交并且與從第一混頻器輸出端輸出的信號具有180°相位差的信號從第二混頻器的輸出端輸出。
參照圖4B，圖4B的雙平衡混頻器與圖3B中的混頻器相似，除了第二開關(guān)S2由LO3(Q+)信號控制；第三開關(guān)S3由LO2(Q-)信號控制；第六開關(guān)S6由LO2(Q-)信號控制；第七開關(guān)S7由LO3(Q+)信號控制。從每個開關(guān)的輸出端輸出的信號與圖4A中描述的一樣。
參照圖4C，圖4C的雙平衡混頻器和圖3C中所示的典型實施例相似，除了LO3(Q+)信號被輸入到晶體管QN1_2的柵極，LO2(Q-)信號被到晶體管QN2_1的柵極，LO2(Q-)信號被輸入到晶體管QN3_2的柵極，以及LO3(Q+)信號被輸入到晶體管QN4_1的柵極。此外，在每個晶體管的輸出端中的信號和圖4A中描述的一樣。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，相互正交的輸出信號被輸出，這樣I-Q不匹配可以降到最低，并且可以改善IP2的特性。
圖5A和圖5B分別是說明根據(jù)本發(fā)明另外典型實施例的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)和直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)的框圖。
圖5A是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)的框圖。
參考圖5A，直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)包括設(shè)置為放大接收的射頻(RF)信號的低噪音放大器(LNA)513、設(shè)置為執(zhí)行接收的RF信號的阻抗匹配的變壓器511、設(shè)置為執(zhí)行第一下變頻的第一混頻器501、第一基帶信號處理器505、設(shè)置為執(zhí)行第二下變頻的第二混頻器503、第二基帶信號處理器507、和移相器509。
移相器509接收從本地振蕩器(未示出)輸出的本地振蕩(LO)信號，并對接收的LO信號進(jìn)行移相，以便LO信號和移相后的LO信號可以被輸出到第一混頻器501和第二混頻器503。因此，輸入到第一混頻器501和第二混頻器503的移相器509的輸出信號是第一本地振蕩LO1信號、第二本地振蕩LO2信號、第三本地振蕩LO3信號和第四本地振蕩LO4信號，這四個信號具有彼此不同的相位。
在設(shè)置第一本地振蕩LO1信號作為參考信號的情況下，第二本地振蕩LO2信號與第一本地振蕩信號具有90°的相位差，第三本地振蕩LO3信號與第一本地振蕩LO1信號具有180°的相位差，第四本地振蕩LO4信號與第二本地振蕩LO2信號具有180°的相位差。
第一混頻器501接收從移相器509輸出的LO信號(LO1、LO2、LO3、LO4)和RF信號。同樣地，第二混頻器503接收從移相器509輸出的LO信號(LO1、LO2、LO3、LO4)和RF信號。
第一混頻器501和第二混頻器503的結(jié)構(gòu)可以與圖2A、圖3A或圖4A所示出和描述的相同。
因此，接收的RF信號被輸入到第一混頻器501的跨導(dǎo)級，并且作為由移相器509輸出的信號的本地振蕩(LO)信號的四個相位被輸入到開關(guān)對(可見例如圖2A、圖3A或圖4A)。
由于在直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)中RF信號的中心頻率實質(zhì)上與本地振蕩LO信號的頻率相同，所以包括基帶信號分量的信號被從第一混頻器501和第二混頻器503的混頻器輸出端輸出。從而，通過混頻器的操作、接收的RF信號和本地振蕩LO信號相乘的乘積被輸出。所以，當(dāng)乘積的傅立葉變換完成時，不言自明，具有在接收的RF信號和本地振蕩信號的頻率之間的差值的信號分量被輸出。這樣的操作被稱為下變頻。
第一混頻器501的輸出被輸入到第一基帶信號處理器505，并且被過濾和放大，以被作為基帶信號I(同相)分量輸出。同樣地，第二混頻器503的輸出被輸入到第二基帶信號處理器507，并且被過濾和放大，以被作為基帶信號Q(正交)分量輸出，該基帶信號Q分量與基帶信號I分量正交。
圖5B是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)的框圖。
參考圖5B，直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)包括被設(shè)置為過濾和放大基帶信號的I分量的第一基帶信號處理器605、被設(shè)置為過濾和放大基帶信號的Q分量的第二基帶信號處理器607、被設(shè)置為對本地振蕩LO信號的相位進(jìn)行移位的移相器609、被設(shè)置為執(zhí)行第一上變頻的第一混頻器601、被設(shè)置為執(zhí)行第二上變頻的第二混頻器603、被設(shè)置成放大混頻器的輸出并且提高電流驅(qū)動能力的驅(qū)動放大器611、及被設(shè)置為執(zhí)行阻抗匹配的變壓器613。
移相器609接收本地振蕩器(未示出)的輸出、本地振蕩LO信號，并且對接收的LO信號移相，以便被移相的LO信號(LO1、LO2、LO3、LO4)可以被輸出到第一混頻器601和第二混頻器603。因此，被輸入到第一混頻器601和第二混頻器603的移相器609的輸出信號是第一本地振蕩LO1信號、第二本地振蕩LO2信號、第三本地振蕩LO3信號和第四本地振蕩LO4信號，這四個信號具有彼此不同的相位。在第一本地振蕩信號被設(shè)置作為參考信號情況下，第二本地振蕩LO2信號與第一本地振蕩LO1信號具有90°的相位差，第三本地振蕩LO3信號與第一本地振蕩LO1信號具有180°的相位差，而第四本地振蕩LO4信號與第二本地振蕩LO2信號具有180°的相位差。
第一混頻器601接收來自第一基帶信號處理器605的輸出以及來自移相器609的移相后的LO信號(LO1、LO2、LO3、LO4)。相似地，第二混頻器603接收來自第二基帶信號處理器607的輸出和來自移相器609的移相后的LO信號(LO1、LO2、LO3、LO4)。
第一基帶信號處理器605過濾和放大要輸入到第一混頻器601(的跨導(dǎo)級)的基帶信號的I分量，并且第二基帶信號處理器607過濾和放大要輸入到第二混頻器603(的跨導(dǎo)級)的基帶信號的Q分量。
第一混頻器601和第二混頻器603的組成可以與圖2A、3A、4A所示和描述的混頻器相同。
因此，基帶信號的I分量或基帶信號的Q分量被輸入到第一混頻器601(的跨導(dǎo)級)，而本地振蕩LO信號(由移相器509輸出的信號)的四個相位被輸入到開關(guān)對(參考圖2A、3A或4A)。通過混頻器的操作基帶信號和本地振蕩LO信號(LO1、LO2、LO3、LO4)相乘的乘積被以預(yù)定的方式求和并被輸出。因此，當(dāng)執(zhí)行總計的乘積的傅立葉變換時，不言而明，具有基帶信號頻率和本地信號頻率的總和的信號分量被輸出。這個操作被稱為上變頻。因此，通過上述的調(diào)制處理，RF信號被從第一混頻器601或第二混頻器603的混頻器輸出端輸出。所輸出的RF信號的中心頻率與輸入到移相器609的本地振蕩LO信號的頻率基本相同。
輸出的RF信號經(jīng)由驅(qū)動放大器611和變壓器613被輸入到功率放大器(PA)。
根據(jù)上述所描述的本發(fā)明的實施例，從混頻器的輸出端輸出具有兩個相互正交的分量(如，I和Q)的信號，所以可以最小化I-Q不匹配，并且改善IP2特性。此外，消除了混頻器輸出信號的DC分量，從而可以改善自混現(xiàn)象。
混頻器的輸出信號的通式可以如下面表達(dá)式所給出的Vo=Vdc+a1vin+a2vin2+a3vin3+...]]>表達(dá)式1在上述公式(表達(dá)式1)中，Vdc是混頻器輸出端處的DC電壓，Vo是混頻器輸出端處的瞬時值。第二諧波分量是由表達(dá)式1的系數(shù)a2所生成的，因而，IP2的特性惡化了。
然而，在本發(fā)明中，當(dāng)RF(I+)＝cos(w1t)+cos(w2t)時，RF(Q+)是sin(w1t)+sin(w2t)，如果LO(I+)＝cos(w3t)，LO(Q+)＝sin(w3t)，并且輸出相互正交的信號。混頻器的輸出信號可以由以下表達(dá)式給出Vo1＝Vdc+a1(cos(w4t)+cos(w5t))+a2(cos(w4t)+cos(w5t))2+... 表達(dá)式2Vo2＝Vdc+a1(sin(w4t)+sin(w5t))+a2(sin(w4t)+sin(w5t))2+... 表達(dá)式3在表達(dá)式2中，w4等于w1-w3，w5等于w2-w3。由于混頻器的輸出信號Vo等于Vo1-Vo2，所以在Vo中不存在DC分量和二階IMD項的(w4-w5)分量。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以消除DC分量，IP2的特性可以得到改善。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的典型實施例對其進(jìn)行了描述，但是不言而明，可在不偏離由在此的權(quán)利要求所定義本發(fā)明的范圍和精神的基礎(chǔ)上作出各種的修改和改變。因此，所附權(quán)利要求是用來定義本發(fā)明的范圍的。
權(quán)利要求
1.一種混頻器包括第一對開關(guān)，被設(shè)置為由第一本地振蕩信號和第二本地振蕩信號控制；第二對開關(guān)，被設(shè)置為由第三本地振蕩信號和第四本地振蕩信號控制；與第一對開關(guān)和第二對開關(guān)電耦合的跨導(dǎo)級，被設(shè)置為接收輸入信號。
2.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中第二本地振蕩信號具有相對于第一本地振蕩信號的相位差；第三本地振蕩信號具有相對于第二本地振蕩信號的相位差；及第四本地振蕩信號具有相對于第三本地振蕩信號的相位差，并且同時具有相對于第一本地振蕩信號的相位差。
3.如權(quán)利要去2所述的混頻器，其中第二本地振蕩信號具有相對于第一本地振蕩信號大約90°的相位差；第三本地振蕩信號具有相對于第二本地振蕩信號大約180°的相位差；及第四本地振蕩信號具有相對于第三本地振蕩信號大約90°的相位差，并且同時具有相對于第一本地振蕩信號大約180°的相位差。
4.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中跨導(dǎo)級僅包括一個用于放大輸入信號的晶體管。
5.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中跨導(dǎo)級主要由一個與電流源串聯(lián)連接的放大器組成。
6.如權(quán)利要求5所述的混頻器，其中放大器主要由一個晶體管組成，并且電流源主要由電阻器組成。
7.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中第一對開關(guān)包括被設(shè)置為由第一本地振蕩信號控制的第一開關(guān)和被設(shè)置為由第二本地振蕩信號控制的第二開關(guān)；而且其中第二對開關(guān)包括被設(shè)置為由第三本地振蕩信號控制的第三開關(guān)和被設(shè)置為由第四本地振蕩信號控制的第四開關(guān)。
8.如權(quán)利要求1所述的混頻器，進(jìn)一步包括負(fù)載阻抗電路，該電路包括與第一開關(guān)和第三開關(guān)電連接的第一負(fù)載，其被設(shè)置為將偏流傳導(dǎo)到第一開關(guān)和第三開關(guān)；及與第二開關(guān)和第四開關(guān)電連接第二負(fù)載，其被設(shè)置為將偏流傳導(dǎo)到第二開關(guān)和第四開關(guān)。
9.如權(quán)利要求1所述的混頻器，其中跨導(dǎo)級包括與跨導(dǎo)晶體管串聯(lián)連接的電流源，用于將偏流提供到第一對開關(guān)和第二對開關(guān)，其中，輸入信號被提供給該跨導(dǎo)晶體管。
10.一種混頻器，包括第一開關(guān)，被設(shè)置為由第一本地振蕩信號控制；第二開關(guān)，被設(shè)置為由第二本地振蕩信號控制；第三開關(guān)，被設(shè)置為由第三本地振蕩信號控制；第四開關(guān)，被設(shè)置為由第四本地振蕩信號控制；第五開關(guān)，被設(shè)置為由第四本地振蕩信號控制；第六開關(guān)，被設(shè)置為由第三本地振蕩信號控制；第七開關(guān)，被設(shè)置為由第二本地振蕩信號控制；以及第八開關(guān)，被設(shè)置為由第一本地振蕩信號控制。
11.如權(quán)利要求10所述的混頻器，其中第二本地振蕩信號具有相對于第一本地振蕩信號大約90°的相位差；第三本地振蕩信號具有相對于第二本地振蕩信號大約180°的相位差；及第四本地振蕩信號具有相對于第三本地振蕩信號大約90°的相位差，并且同時具有相對于第一本地振蕩信號大約180°的相位差。
12.如權(quán)利要求10所述的混頻器，進(jìn)一步包括負(fù)載阻抗電路，其包括與第一、第三、第五和第七開關(guān)的輸出端共同耦合的第一負(fù)載；及與第二、第四、第六和第八開關(guān)的輸出端共同耦合的第二負(fù)載。
13.如權(quán)利要求10所述的混頻器，進(jìn)一步包括跨導(dǎo)級，其中第一輸入信號和第二輸入信號被輸入到跨導(dǎo)級作為差分輸入信號。
14.如權(quán)利要求10所述的混頻器，其中，當(dāng)在發(fā)送機(jī)中使用該混頻器時，每個開關(guān)的輸出的中心頻率與本地振蕩信號的頻率基本相同，而當(dāng)在接收機(jī)中使用該混頻器時，差分輸入信號的中心頻率與本地振蕩信號的頻率基本相同。
15.一種直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，包括移相器，被設(shè)置成輸出被移相的本地振蕩信號；第一混頻器，被設(shè)置成利用被移相的本地振蕩信號對RF信號執(zhí)行第一下變頻；第一基帶信號處理器，被設(shè)置為生成與來自第一混頻器的輸出的同相分量相對應(yīng)的基帶信號；第二混頻器，被設(shè)置成利用被移相的本地振蕩信號對所述RF信號執(zhí)行第二下變頻；和第二基帶信號處理器，被設(shè)置為生成與來自第二混頻器的輸出的正交分量相對應(yīng)的基帶信號。
16.如權(quán)利要求15所述的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，其中，該移相器輸出第一本地振蕩信號、具有相對于第一本地振蕩信號大約90°的相位差的第二本地振蕩信號、具有相對于第一本地振蕩信號大約180°的相位差的第三本地振蕩信號、和具有相對于第二本地振蕩信號大約180°的相位差的第四本地振蕩信號。
17.如權(quán)利要求16所述的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，其中第一混頻器和第二混頻器中的至少一個包括第一對開關(guān)，被設(shè)置為接收第一本地振蕩信號和第二本地振蕩信號；第二對開關(guān)，被設(shè)置為接收第三本地振蕩信號和第四本地振蕩信號；跨導(dǎo)級，被設(shè)置為接收RF信號并且串聯(lián)連接在第一對開關(guān)和第二對開關(guān)的共有節(jié)點之間。
18.如權(quán)利要求17所述的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，其中RF信號的中心頻率與本地振蕩信號的頻率基本相同。
19.如權(quán)利要求16所述的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，其中，第一混頻器和第二混頻器中的至少一個包括第一對開關(guān)，被設(shè)置為由第一和第二本地振蕩信號控制；第二對開關(guān)，被設(shè)置為由第三和第四本地振蕩信號控制；第三對開關(guān)，被設(shè)置為由第三和第四本地振蕩信號控制；以及第四對開關(guān)，被設(shè)置為由第一和第二本地振蕩信號控制。
20.如權(quán)利要求19所述的直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)，其中，RF信號的中心頻率與本地振蕩信號的頻率基本相同。
21.一種直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)，包括移相器，被設(shè)置成輸出移相后的本地振蕩信號；第一基帶信號處理器，被設(shè)置為接收與同相分量相對應(yīng)的基帶信號；第一混頻器，被設(shè)置為接收第一基帶信號處理器的輸出，并且基于移相后的本地振蕩信號執(zhí)行生成RF信號的第一上變頻；第二基帶信號處理器，被設(shè)置為接收與正交分量相對應(yīng)的基帶信號；和第二混頻器，被設(shè)置為接收第二基帶信號處理器的輸出，并且基于移相后的本地振蕩信號執(zhí)行生成RF信號的第二上變頻。
22.如權(quán)利要求21所述的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)，其中，移相器被設(shè)置為輸出第一本地振蕩信號、具有相對于第一本地振蕩信號大約90°的相位差的第二本地振蕩信號、具有相對于第一本地振蕩信號大約180°的相位差的第三本地振蕩信號和具有相對于第二本地振蕩信號大約180°的第四本地振蕩信號。
23.如權(quán)利要求22所述的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)，其中，第一混頻器和第二混頻器中的至少一個包括第一對開關(guān)，被設(shè)置為接收第一本地振蕩信號和第二本地振蕩信號；第二對開關(guān)，被設(shè)置為接收第三本地振蕩信號和第四本地振蕩信號；連接在第一對和第二對開關(guān)的公共節(jié)點之間的跨導(dǎo)級，其被設(shè)置為接收來自第一或第二基帶信號處理器的輸出；及耦合在第一對與第二對開關(guān)和供給電源電壓之間的負(fù)載阻抗部分。
24.如權(quán)利要求23所述的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)，其中，RF信號的中心頻率與本地振蕩信號的頻率基本相同。
25.如權(quán)利要求22所述的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)，其中，第一和第二混頻器中的至少一個包括第一對開關(guān)，被設(shè)置為由第一和第二本地振蕩信號控制；第二對開關(guān)，被設(shè)置為由第三和第四本地振蕩信號控制；第三對開關(guān)，被設(shè)置為由第三和第四本地振蕩信號控制；以及第四對開關(guān)，被設(shè)置為由第一和第二本地振蕩信號控制。
26.如權(quán)利要求25所述的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)，進(jìn)一步包括與第一、第二、第三和第四對開關(guān)共同耦合的跨導(dǎo)級，其被設(shè)置為接收來自第一和第二基帶信號處理器的輸出；以及耦合在第一、第二、第三及第四對開關(guān)與電源電壓之間的負(fù)載阻抗部分。
27.如權(quán)利要求26所述的直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)，其中RF信號的中心頻率與本地振蕩信號的頻率基本相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于直接轉(zhuǎn)換發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的混頻器，利用四個彼此正交的移相后的本地振蕩信號來控制多個用于輸出彼此正交的信號的開關(guān)。兩個相互正交的輸出信號沒有相互干擾并且有預(yù)先的小的信號增益。此外，該混頻器可以包括四個或者八個由四個彼此正交的本地振蕩信號控制開關(guān)的，用于輸出在I－Q圖上彼此正交的信號。從由四個相移本地振蕩信號控制的開關(guān)輸出的信號除去了I－Q不匹配和DC分量，從而改善了IP2特性。
文檔編號H04B1/30GK1722609SQ20051006979
公開日2006年1月18日 申請日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者金永鎮(zhèn) 申請人:三星電子株式會社