CN100369377C - 具有低噪声高线性下变频混频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高频无线接收机中的低噪声高线性下变频混频器，本发明旨在提高混频器增益、线性度和降低低噪声。本发明是由开关电路、中频电路、射频放大电路和直流偏置电路连接构成。在所述开关电路和中频电路中的第一晶体管和第二晶体管的共源极与第一电阻的一端之间连接有一直流电流源；在第三晶体管和第四晶体管的共源极与第二电阻的一端之间也连接有一直流电流源；所述射频放大电路为甲乙类的双电源互补对称结构，全部由有源管实现，包括电压跟随管、电流放大管和电压放大管。本发明用于无线通信设备中射频前置部分。

Description

具有低噪声高线性下变频混频器

技术领域

本发明是一种具有低噪声高线性下变频混频器，具体涉及无线接收装置中混频器的设计。

背景技术

在无线通信设备中，混频器是接收装置必不可少的组成部分。其是将射频信号变频到中频信号，使放大后的信号不失真。这就要求线路本身线性度要好，本身引入的噪声要低，而放大倍数要高。因而，线性度是衡量混频器好坏的一个重要参数。传统的吉伯特混频器如图1所示，当输入强射频信号处于负半周时，由于其基准电流为零，很可能导致M₁、M₂二个MOS管关闭，造成线性度变差，其由于通过开关的电流较大，使负载电阻阻值不能很大，因此限制了混频器增益，开关管引入噪声也很大，这是已有混频器设计中存在的问题。

发明内容

针对如上已有技术中的不足，本发明人的发明目的是：提高混频器的线性度、加大增益、减小噪声。

为实现本发明的发明目的，发明人是通过采用如下技术方案实现的：该下变频混频器是由一开关电路、中频电路、射频放大电路与直流偏置电路连接构成；其中，在开关电路与中频电路中设有直流电流源，用以减少通过开关管的电流，这样在保证负载电阻上压降一定的情况下，电阻阻值可以增大，提高电路的增益，由于电流的减少，开关管引入的噪声也相应减少；射频放大电路为甲、乙类双电源互补对称结构，全部由有源管实现，其通过跟随器给输入的射频信号提供了直流基准电流，使得在强信号的负半周输入时，开关管不会关闭，因而提高了下变频混频器的线性度。

附图说明

图1为已有技术的吉伯特混频器线路图；

图2为本发明具有低噪声高线性下变频混频器线路图；

图3为本发明具有低噪声高线性下变频混频器中开关电路和中频电路的线路图；

图4为本发明具有低噪声高线性下变频混频器中射频放大电路的结构图；

图5为本发明具有低噪声高线性下变频混频器中直流偏置电路的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述如下：

如图1所示，我们可以看出已有技术吉伯特混频器是通过晶体管M₃、M₄、M₅、M₆作为开关管，其流经开关管的电流很大，造成负载阻值不能过大，因此，整个电路增益受到限制，特别在射频信号输入到M₁、M₂时，造成M₁、M₂在强信号处于负半周时可能处于关闭状态，导致信号输出失真，直接影响混频器的质量。

在一个实施例中，如图2所示为本发明所述混频器的电路电构图，其分为开关电路和中频电路、射频放大电路和直流偏置电路。如图3所示，为本发明所述混频器中开关电路和中频电路的结构图，包括用作开关管的晶体管M₁、M₂、M₃和M₄，其中晶体管M₁的栅极作为V_LO+的输入端，其漏极与负载电阻R₁的一端相连，而其源极则与晶体管M₂的源极连接在一起；晶体管M₄的栅极作为V_LO-的输入端，其漏极与负载电阻R₂的一端相连，而其源极则与晶体管M₃的源极连接在一起；晶体管M₂的漏极与晶体管M₄的漏极相连；晶体管M₄的漏极与晶体管M₁的漏极相连；负载电阻R₁的另一端与负载电阻R₂的另一端连接在一起。在晶体管M₁与M₂的共源端A与电阻R₁的另一端之间还连接有一直流电流源I₁；同样，在晶体管M₃和M₄的共源端B与电阻R₂的另一端之间也连接有一直流电流源I₂。直流电流源I₁的加入，减少了通过开关管M₁和M₂的电流，从而保证了在负载电阻R₁上压降一定的情况下，该负载电阻R1的阻值可以增大，从而提高了电路的增益，而且由于通过开关管M₁和M₂的电流的减少，开关管M₁和M₂引入的噪声也相应减少了；同理，直流电流源I₂的加入，减少了通过开关管M₃和M₄的电流，从而保证了在负载电阻R₂上压降一定的情况下，该负载电阻R₂的阻值可以增大，从而提高了电路的增益，而且由于通过开关管M₃和M₄的电流的减少，开关管M₃和M₄引入的噪声也相应减少了。

如图4所示，为本发明所述混频器的射频放大电路的结构图，该射频放大电路为甲乙类的双电源互补对称结构，其全部由有源管实现；其具体结构为：晶体管M₇的栅极作为射频电压V_rf+的输入端，而其漏极接地，其源极与晶体管M8的源极连接在一起；晶体管M₅的漏极连接于晶体管M₇和M₈的共源端G。而晶体管M₁₀的栅极作为射频电压V_rf-的输入端，而其漏极接地，其源极与晶体管M₉的源极连接在一起；晶体管M₆的漏极连接与晶体管M₉和M₁₀的共源端D。在一个实施例中，在晶体管M₇的栅极和晶体管M₆的栅极D之间连接有隔直电容C₁；而在晶体管M₁₀的栅极与晶体管M₅的栅极C之间连接有隔直电容C₂。设晶体管M₈的栅极为E，晶体管M₉的栅极为F，该射频放大电路的工作原理如下：当E、F点的电压随着V_rf+、V_rf-输入信号的强弱变化而变化，V_rf+、V_rf-的电压是反相的，M₈、M₉将射频信号转换成电流，其栅极(节点E、F)电压由直流偏置电路提供。当输入端V_rf+的电压升高时，V_rf-的电压降低，节点E的电压升高，M₈的电流变小，M₅的电流也随着V_rf-电压降低而减弱；节点F的电压也随着V_rf-电压的降低而降低，M₉的电流增大，M₆的电流随着V_rf+电压的升高而增大。反之亦然。因此，在所述射频放大电路中，晶体管M7和M10作为电压跟随管、晶体管M₈和M₉作为电流放大管，而晶体管M5和M6则作为电压放大管。

如图5所示为本发明所述混频器中直流偏置电路的结构图，其中，晶体管M₁₁的漏极与晶体管M₁₂的源极相连，而直流电流源I₃的一端连接于所述晶体管M₁₂的漏极，另一端接地；晶体管M₁₃的漏极与晶体管M₁₄的源极相连，而直流电流源I₄的一端连接于所述晶体管M₁₄的漏极，另一端接地；电容C₃的一端与所述晶体管M₁₂的栅极和漏极连接在一起，而电容C₃的另一端则接地；所述电容C₄的一端与所述晶体管M₁₄的栅极和漏极连接在一起，而电容的C₄另一端则接地，因此电容C₃和C₄用于滤波。电容C₅的一端与所述晶体管M₁₁的漏极和栅极连接在一起，而电容C₅的另一端则接地；电容C₆的一端与晶体管M₁₃的漏极和栅极连接在一起，而电容C₆的另一端接地，因此电容C₅和C₆也用于滤波。电阻R₃的一端连接于晶体管M₁₁的栅极，另一端C连接入射频放大电路；电阻R₄的一端连接于晶体管M₁₃的栅极，另一端D也接入射频放大电路，因此电阻R₃和R₄都用于隔离射频信号对该偏置电路的影响。如上电路的组合构成了该具有低噪声高线性下变频混频器电路中的直流偏置电路。

综上所述，本发明人通过如上技术方案的实施，达到本发明人的发明目的，提高了混频器的线性度，加大了增益并减少了噪声。

Claims (3)

1.一种具有低噪声高线性下变频混频器，由开关电路、中频电路、射频放大电路、直流偏置电路连接构成，其特征在于：

在所述开关电路和中频电路中的第一晶体管和第二晶体管的共源端与第一电阻非连接于第一晶体管的一端间连接有一直流电流源；在第三晶体管和第四晶体管的共源端与第二电阻非连接于第四晶体管的一端间也连接有一直流电流源；

所述射频放大电路为甲乙类的双电源互补对称结构，全部由有源管实现，其中具体结构为：第七晶体管的源极和第八晶体管的源极相连，而该第七晶体管的漏极接地，栅极连接射频输入电压；第八晶体管的漏极与第一、第二晶体管共源端相连；第五晶体管的漏极连接第七、第八晶体管的共源端，而该第五晶体管的源极接地；第八晶体管与第五晶体管的栅极分别接入直流偏置电路；第十晶体管的源极和第九晶体管的源极相连，而该第十晶体管的漏极接地，栅极连接射频输入电压；第九晶体管的漏极与第三、第四晶体管的共源端相连；第六晶体管的漏极连接第九、第十晶体管的共源端，而该第六晶体管的源极接地；第九晶体管和第六晶体管的栅极分别接入直流偏置电路。

2.根据权利要求1所述的具有低噪声高线性下变频混频器，其特征在于：在所述射频放大电路中，在第七晶体管的栅极和第六晶体管的栅极之间连接有第一隔直电容；在第十晶体管的栅极和第五晶体管的栅极之间连接有第二隔直电容。

3.如权利要求1所述的具有低噪声高线性下变频混频器，其特征在于：直流偏置电路包括：第十一晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管，及第三直流电流源、第四直流电流源，第三到第六滤波电容和第三、第四电阻，用于提供放大器的直流偏置；其中，所述第十一晶体管的漏极与所述第十二晶体管的源极相连，而所述第三直流电流源的一端连接于所述第十二晶体管的漏极，所述第三直流电流源的另一端接地；所述第十三晶体管的漏极与所述第十四晶体管的源极相连，而所述第四直流电流源的一端连接于所述第十四晶体管的漏极，所述第四直流电流源的另一端接地；所述第三电容的一端与所述第十二晶体管的栅极和漏极连接在一起，而该第三电容的另一端接地；所述第四电容的一端与所述第十四晶体管的栅极和漏极连接在一起，而该第四电容的另一端则接地；所述第五电容的一端与所述第十一晶体管的漏极和栅极连接在一起，而该第五电容的另一端则接地；所述第六电容的一端与所述第十三晶体管的漏极和栅极连接在一起，而该第六电容的另一端接地；所述第三电阻的一端连接于所述第十一晶体管的栅极，另一端接入射频放大电路；所述第四电阻的一端连接于所述第十三晶体管的栅极，另一端也接入射频放大电路。

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