CN101154922B - 下变频混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了下变频混频器，由四个NMOS开关管和不带运放的电流-电压转换器组成，具有镜频抑制的功能。经过前端低噪声放大器(LNA)放大的差分射频信号VRFP和VRFN通过电容C1和C2耦合到开关管的源极，四个开关管的栅极分别接到本振信号的正交四相时钟，漏极两两线与，构成镜频抑制下变频混频器。本发明通过上述结构，保留了传统无源下变频混频器的高线性度，并且获得较高的噪声性能，很好地抑制低频噪声，特别是闪烁噪声。

Description

下变频混频器
技术领域
本发明涉及一种模拟电路，尤其涉及一种下变频混频器。
背景技术
下变频混频器是将两个信号相乘来实现频谱搬移的。下变频混频器是射频通讯系统中接收机的重要组成部分。线性度和噪声是限制下变频混频器性能的主要参数，而对于这两个参数，实际应用中会有如下要求。
线性度：在现代通讯系统中，要求大多数射频接收机必须能经受住比需要的信号高60到70dB的闭塞信号，而且还要具备超过60dB的动态范围。为了达到这样的性能要求，接收机必须要求高线性度的下变频混频器，即高IP3。
噪声：噪声指数(NF)决定了射频接收机的灵敏度，并且影响接收机的动态范围。所以，必须要开发设计低噪声的下变频混频器。在下变频混频器的设计中，提高线性度和降低噪声相冲突，必须予以权衡，这一点特别体现在零中频结构的接收机设计中。
现有解决方案包括有Gilbert下变频混频器(有源下变频混频器)和传统无源下变频混频器两种，Gilbert下变频混频器的结构可参见图1所示，包括两个相对的NMOS场效应管，所述两个NMOS场效应管的源极相连接，它们的漏极分别通过一个电阻接到电源端，所述两个NMOS场效应管的漏极作为输出信号的两个输出端，所述两个NMOS场效应管的源极还连接到第三个NMOS场效应管的漏极上，所述三个场效应管的栅极作为三个输入端，所述第三个场效应管的源极通过一个恒流源接地。这种下变频混频器的线性度受限，因为这类下变频混频器为了保证输入晶体管任何时候都能工作在饱和区，只能有相对小的偏置电压(VGS-VT)。而且有源下变频混频器的偏置电流也降低了它的噪声性能。
传统无源下变频混频器可参见图2所示，包括NMOS场效应管M1、M2、M3和M4，所述NMOS场效应管M1和M2的源极都与一个电容C1的同一端相连接，所述电容C1的另一端为差分射频信号VRFP的输入端，所述NMOS场效应管M3和M4的源极都与一个电容C2的同一端相连接，所述电容C2的另一端为差分射频信号VRFN的输入端，所述NMOS场效应管M1和M4的栅极与一个本振信号的正交四相时钟的VLOP端相连接，所述NMOS场效应管M2和M3的栅极与所述本振信号的正交四相时钟的VLON端相连接，所述NMOS场效应管M1的漏极与M3的漏极相连接，所述NMOS场效应管M2的漏极与M4的漏极相连接，所述NMOS场效应管M1和M3的漏极连接到一个运算放大器OPA的一个输入端，所述NMOS场效应管M2和M4的漏极连接到所述运算放大器OPA的另一个输入端，所述运算放大器的两个输入端与两个输出端之间都各并联有一个电阻R1、R2和一个电容C3、C4。这种下变频混频器具有高线性度，但是噪声性能较差，因为其中完成将下变频混频器输出电流转换为电压信号的运算放大器OPA具有很高的闪烁噪声。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种下变频混频器，使其能够保留传统无源下变频混频器的高线性度，并且获得较高的噪声性能，很好地抑制低频噪声，特别是闪烁噪声.
为解决上述技术问题，本发明下变频混频器的技术方案是，包括NMOS场效应管M1、M2、M3和M4，所述NMOS场效应管M1和M2的源极都与一个电容C1的同一端相连接，所述电容C1的另一端为差分射频信号VRFP的输入端，所述NMOS场效应管M3和M4的源极都与一个电容C2的同一端相连接，所述电容C2的另一端为差分射频信号VRFN的输入端，所述NMOS场效应管M1和M4的栅极与一个本振信号的正交四相时钟的VLOP端相连接，所述NMOS场效应管M2和M3的栅极与所述本振信号的正交四相时钟的VLON端相连接，所述NMOS场效应管M1的漏极与M3的漏极相连接，所述NMOS场效应管M2的漏极与M4的漏极相连接，所述NMOS场效应管M1与M3的漏极连接到一个电流-电压转换器的输入端，该电流-电压转换器的输出端为混频信号输出端VIFP；所述NMOS场效应管M2与M4的漏极连接到另外一个电流-电压转换器的输入端，该另外一个电流-电压转换器的输出端为混频信号输出端VIFN；所述两个电流-电压转换器结构相同，均包括PMOS场效应管M5和NMOS场效应管M6，所述PMOS场效应管M5的栅极与所述NMOS场效应管M6的栅极相连接，并且作为所述电流-电压转换器的输入端；所述PMOS场效应管M5的漏极与所述NMOS场效应管M6的漏极相连接，并且作为所述电流-电压转换器的输出端；所述PMOS场效应管M5的源极接电源端，所述NMOS场效应管M6的源极接地；一个电容C5，其一端连接到所述电流-电压转换器的输入端，另一端连接到所述电流-电压转换器的输出端；一个电阻R3，其一端连接到所述电流-电压转换器的输入端，另一端连接到所述电流-电压转换器的输出端；一个电容C6，一端连接到所述电流-电压转换器的输出端，另一端接地。
本发明通过上述结构，保留了传统无源下变频混频器的高线性度，并且获得较高的噪声性能，很好地抑制低频噪声，特别是闪烁噪声。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的有源下变频混频器的电路图；
图2为现有的无源下变频混频器的电路图；
图3为本发明下变频混频器的电路图；
图4为本发明下变频混频器中电流-电压转换器的电路图。
具体实施方式
本发明下变频混频器的电路结构可参见图3，包括NMOS场效应管M1、M2、M3和M4，所述NMOS场效应管M1和M2的源极都与一个电容C1的同一端相连接，所述电容C1的另一端为差分射频信号VRFP的输入端，所述NMOS场效应管M3和M4的源极都与一个电容C2的同一端相连接，所述电容C2的另一端为差分射频信号VRFN的输入端，所述NMOS场效应管M1和M4的栅极与一个本振信号的正交四相时钟的VLOP端相连接，所述NMOS场效应管M2和M3的栅极与所述本振信号的正交四相时钟的VLON端相连接，所述NMOS场效应管M1的漏极与M3的漏极相连接，所述NMOS场效应管M2的漏极与M4的漏极相连接，所述NMOS场效应管M1与M3的漏极连接到一个电流-电压转换器的输入端，该电流-电压转换器的输出端为混频信号输出端VIFP；所述NMOS场效应管M2与M4的漏极连接到另外一个电流-电压转换器的输入端，该另外一个电流-电压转换器的输出端为混频信号输出端VIPN。
本发明所提供的下变频混频器由四个NMOS开关管和不带运放的电流-电压转换器组成，具有镜频抑制的功能。经过前端低噪声放大器(LNA)放大的差分射频信号VRFP和VRFN通过电容C1和C2耦合到开关管的源极，四个开关管的栅极分别接到本振信号的正交四相时钟，漏极两两线与，构成镜频抑制下变频混频器。
所述电流-电压转换器结构如图4所示，包括PMOS场效应管M5和NMOS场效应管M6，所述PMOS场效应管M5的栅极与所述NMOS场效应管M6的栅极相连接，并且作为所述电流-电压转换器的输入端；所述PMOS场效应管M5的漏极与所述NMOS场效应管M6的漏极相连接，并且作为所述电流-电压转换器的输出端；所述PMOS场效应管M5的源极接电源端，所述NMOS场效应管M6的源极接地；一个电容C5，其一端连接到所述电流-电压转换器的输入端，另一端连接到所述电流-电压转换器的输出端；一个电阻R3，其一端连接到所述电流-电压转换器的输入端，另一端连接到所述电流-电压转换器的输出端；一个电容C6，一端连接到所述电流-电压转换器的输出端，另一端接地。
电流-电压转换器的基本构成是一个CMOS互补型反相器，电容C5和电阻R3并联于反相器的输入和输出节点上，构成低通滤波器。低通滤波器的带宽可以通过调节电容C5和电阻R3的大小以及MOS管M5和M6的尺寸大小来确定。
通过上述电路结构，下变频混频器的四个开关管都工作在线性区，在开关打开的时候，栅源间的压降很大，使得下变频混频器可以获得很高的线性度，即高IP3。电流-电压转换器由一个大尺寸的反相器构成，它具有很低的闪烁噪声拐角频率，有效地提高了下变频混频器的噪声性能。因此，与现有技术相比，本发明保留了传统无源下变频混频器的高线性度，并且获得较高的噪声性能，很好地抑制低频噪声，特别是闪烁噪声。

Claims (1)

1.一种下变频混频器，包括NMOS场效应管M1、M2、M3和M4，所述NMOS场效应管M1和M2的源极都与一个电容C1的同一端相连接，所述电容C1的另一端为差分射频信号VRFP的输入端，所述NMOS场效应管M3和M4的源极都与一个电容C2的同一端相连接，所述电容C2的另一端为差分射频信号VRFN的输入端，所述NMOS场效应管M1和M4的栅极与一个本振信号的正交四相时钟的VLOP端相连接，所述NMOS场效应管M2和M3的栅极与所述本振信号的正交四相时钟的VLON端相连接，所述NMOS场效应管M1的漏极与M3的漏极相连接，所述NMOS场效应管M2的漏极与M4的漏极相连接，其特征在于，所述NMOS场效应管M1与M3的漏极连接到一个电流-电压转换器的输入端，该电流-电压转换器的输出端为混频信号输出端VIFP；所述NMOS场效应管M2与M4的漏极连接到另外一个电流-电压转换器的输入端，该另外一个电流-电压转换器的输出端为混频信号输出端VIFN所述两个电流-电压转换器结构相同，均包括PMOS场效应管M5和NMOS场效应管M6，所述PMOS场效应管M5的栅极与所述NMOS场效应管M6的栅极相连接，并且作为所述电流-电压转换器的输入端；所述PMOS场效应管M5的漏极与所述NMOS场效应管M6的漏极相连接，并且作为所述电流-电压转换器的输出端；所述PMOS场效应管M5的源极接电源端，所述NMOS场效应管M6的源极接地；一个电容C5，其一端连接到所述电流-电压转换器的输入端，另一端连接到所述电流-电压转换器的输出端；一个电阻R3，其一端连接到所述电流-电压转换器的输入端，另一端连接到所述电流-电压转换器的输出端；一个电容C6，一端连接到所述电流-电压转换器的输出端，另一端接地。
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