CN101257282B

CN101257282B - 混频器

Info

Publication number: CN101257282B
Application number: CN200710087603XA
Authority: CN
Inventors: 杨朝栋; 萧硕源
Original assignee: MStar Semiconductor Inc Taiwan
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: CN101257282A

Abstract

本发明公开了一种混频器，该混频器于小信号差动模型中，它包括：负载电路、开关电路和转导器；该转导器包括第一电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电流镜与第二电流镜；该第一电阻连接于该第一运算放大器的第一输入端与该第二运算放大器的第一输入端之间，该第一电流镜的控制电流端连接至该第一运算放大器的第一输入端，该第一电流镜的镜射电流端连接至该第一电流路径，该第二电流镜的一控制电流端连接至该第二运算放大器的第一输入端，该第二电流镜的一镜射电流端连接至该第二电流路径，该第一运算放大器的一第二输入端与该第二运算放大器的第二输入端可接收一电压信号。

Description

混频器

技术领域

本发明是涉及一种混频器(Mixer)，且特别涉及一种具有线性电压-电流特性的转导器的混频器。

背景技术

众所周知，混频器(Mixer)是用于无线收发器(RadioTransceiver)中的频率转换组件。请参照第一图，其是现有混频器电路图。一般来说，混频器包括转导器(Transconductor)10、开关电路(Switch Quad)20、以及负载电路(Load Circuit)30。负载电路30包含一第一负载(11)与一第二负载(12)。其中，第一负载(11)与第二负载(12)的一端连接至一电压源(Vcc)，第一负载(11)与第二负载(12)的另一端即为输出端(Out)。

而开关电路20包含一第十三n型晶体管(Mn13)、一第十四n型晶体管(Mn14)、一第十五n型晶体管(Mn15)、一第十六n型晶体管(Mn16)。其中，第十三n型晶体管(Mn13)与第十n型晶体管(Mn15)漏极(Drain)连接到第一负载(11)的另一端，第十四n型晶体管(Mn14)与第十六n型晶体管(Mn16)漏极连接到第二负载(12)的另一端。再者，第十三n型晶体管(Mn13)与第十六n型晶体管(Mn16)栅极(Gate)相互连接，第十四n型晶体管(Mn14)与第十五n型晶体管(Mn15)栅极相互连接，而第十三n型晶体管(Mn13)与第十四n型晶体管(Mn14)栅极可输入一振荡信号(Local Oscillator Signal，LO)。再者，第十三n型晶体管(Mn13)与第十四n型晶体管(Mn14)源极(Source)相互连接，并成为一第一电流路径；而第十五n型晶体管(Mn15)与第十六n型晶体管(Mn16)源极相互连接，并成为一第二电流路径。

而转导器10包含一第十七n型晶体管(Mn17)与一第十八n型晶体管(Mn18)。其中，第十七n型晶体管(Mn17)漏极连接到开关电路20的第一电流路径，第十八n型晶体管(Mn18)漏极连接到开关电路20的第二电流路径。而第十七n型晶体管(Mn17)与第十八n型晶体管(Mn18)栅极可接收电压信号Vin⁺与Vin^-。再者，第十七n型晶体管(Mn17)与第十八n型晶体管(Mn18)源极相互连接。而第十七n型晶体管(Mn17)源极与一接地端之间连接一第十九n型晶体管(Mn19)并控制第十九n型晶体管(Mn19)栅极输入一固定电压使得该第十九n型晶体管(Mn19)可视为一电流源(Current source)。

请参照图2，其是混频器的输入输出信号示意图。在小信号差动模型(Small Signal Differential Model)时，由第十七n型晶体管(Mn17)与第十八n型晶体管(Mn18)所组成的转导器10可将输入的电压信号(Vin＝Vin⁺-Vin^-)转换成为电流信号(Iin)。而电流信号流经开关电路20的第一电流路径与第二电流路径时，经由振荡信号(L0)的驱动而成为一频率转换电流信号(FrequencyConverted Current Signal)。接着，频率转换电流信号经由该负载电路30转换，使得输出端(Out)可输出一输出电压。

请参照图3，其是现有混频器中转导器的电压-电流转换函数(Transfer function)图。由于转导器10是由第十七n型晶体管(Mn17)与第十八n型晶体管(Mn18)所组成，因此转导器10的电压-电流关系是二次曲线关系，并不是线性(Linear)关系。也就是说，虽然图1所示的混频器已经广泛地使用于无线收发器中。然而，由于转导器10的电压-电流之间并不是线性关系，因此，此类的混频器不适合运用于需要高线性电压-电流关系的应用上，例如，无线局域网络(Wireless Local Area Network，简称WLAN)的传输器(Transmitter)以及码分多址数字无线技术(CodeDivision Multiple Access，简称CDMA)的传输器(Transmitter)。

为了要达成转导器具有线性关系的电压-电流特性，以下提出多种现有混频器的电路设计。首先，如图4所示的混频器为由IEEE固态电路期刊于2005年五月(IEEE Journal of Solid-StateCircuits，Vol.40，No.5，May2005)所揭露。基本上，此混频器与图1所示的混频器主要的差异即在于转导器的电路设计，因此，以下的描述皆针对转导器的电路设计进行分析。

转导器40包括一第二十n型晶体管(Mn20)、一第二十一n型晶体管(Mn21)、一第三运算放大器(OP3)、一第四运算放大器(OP4)、一第四电阻R4、一第四电流源(I4th)、与一第五电流源(I5th)。其中，第二十n型晶体管(Mn20)漏极连接至开关电路的第一电流路径，第二十一n型晶体管(Mn21)漏极连接至开关电路的第二电流路径，第三运算放大器(OP3)输出端与第二十n型晶体管(Mn20)栅极连接，第三运算放大器(OP3)的负极输入端与第二十n型晶体管(Mn20)源极连接；第四运算放大器(OP4)输出端与第二十一n型晶体管(Mn21)栅极连接，第四运算放大器(OP4)的负极输入端与第二十一n型晶体管(Mn21)源极连接；第三运算放大器(OP3)与第四运算放大器(OP4)的正极输入端即可接收电压信号Vin⁺与Vin^-；再者，第四电流源(I4th)连接于第二十n型晶体管(Mn20)源极与接地端之间；第五电流源(I5th)连接于第二十一n型晶体管(Mn21)源极与接地端之间；而第四电阻(R4)连接于第二十n型晶体管(Mn20)源极与第二十一n型晶体管(Mn21)源极之间。

由于转导器40利用运算放大器的负回授效应，使得第三运算放大器OP3与第四运算放大器OP4的正极输入端与负极输入端的电压相等。再者，在小信号模型时第四电流源(I4th)与第五电流源(I5th)可视为开路。因此，Iin＝(Vin⁺-Vin^-)/R4。很明显地，转导器40的输入电压与电流成为线性关系。

如图5所示的混频器为由IEEE固态电路期刊于2003年十二月(IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.38，No.12，December2003)所揭露。基本上，此混频器与图1所示的混频器主要的差异即在于转导器的电路设计，因此，以下的描述皆针对转导器的电路设计进行分析。

转导器50包括一第六电流源(I6th)、与一第七电流源(I7th)、一第八电流源(I8th)、与一第九电流源(I9th)、一第五电阻(R5)、一第一p型晶体管(Mp1)、一第二p型晶体管(Mp2)、一第五运算放大器(OP5)、与一第六运算放大器(OP6)。其中，第五运算放大器(OP5)输出端与第一p型晶体管(Mp1)栅极连接，第五运算放大器(OP5)的负极输入端与第一p型晶体管(Mp1)源极连接；第六运算放大器(OP6)输出端与第二p型晶体管(Mp2)栅极连接，第六运算放大器(OP6)的负极输入端与第二p型晶体管(Mp2)源极连接；第五运算放大器(OP5)与第六运算放大器(OP6)的正极输入端即可接收电压信号(Vin⁺与Vin^-)；再者，第六电流源(I6th)连接于第一p型晶体管(Mp1)源极与电压源(Vcc)之间；第七电流源(I7th)连接于第二p型晶体管(Mp2)源极与电压源(Vcc)之间；而第五电阻(R5)连接于第一p型晶体管(Mp1)源极与第二p型晶体管(Mp2)源极之间；第八电流源(I8th)连接于第一p型晶体管(Mp1)漏极与接地端之间；第九电流源(I9th)连接于第二p型晶体管(Mp2)漏极与接地端之间；而第一p型晶体管(Mp1)漏极连接至开关电路的第一电流路径；第二p型晶体管(Mp2)漏极连接至开关电路的第二电流路径。

同理，由于转导器50利用运算放大器的负回授效应，使得第五运算放大器(OP5)与第六运算放大器(OP6)的正极输入端与负极输入端的电压相等。再者，于小信号模型时第六电流源(I6th)、第七电流源(I7th)、第八电流源(I8th)、第九电流源(I9th)可视为开路。因此，Iin＝(Vin⁺-Vin^-)/R5。很明显地，转导器50的输入电压与电流成为线性关系。

如图6所示的混频器为由IEEE固态电路期刊于2004年八月(IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.39，No.8，August2004)所揭露。基本上，此混频器与图1所示的混频器主要的差异即在于转导器的电路设计，因此，以下的描述皆针对转导器的电路设计进行分析。

转导器60包括一第二十二n型晶体管(Mn22)、一第二十三n型晶体管(Mn23)、一差动运算放大器63、一第六电阻(R6)与一第七电阻(R7)、一补偿电路64与一补偿电路66。其中，第二十二n型晶体管(Mn22)漏极连接至开关电路的第一电流路径，第二十三n型晶体管(Mn23)漏极连接至开关电路的第二电流路径；差动运算放大器63的一正极差动输出端与第二十二n型晶体管(Mn22)栅极连接，差动运算放大器63的一负极输入端与第二十n型晶体管(Mn22)源极连接；差动运算放大器63的一负极差动输出端与二十三n型晶体管(Mn23)栅极连接，差动运算放大器63的一正极输入端与第二十三n型晶体管(Mn23)源极连接；而补偿电路64连接于差动运算放大器63的第一输出端与接地端之间，补偿电路66连接于差动运算放大器63的第二输出端与接地端之间，其中，补偿电路64、66分别包括串接的一电容与一电阻；第六电阻(R6)一端连接至差动运算放大器63的负极输入端，第七电阻(R7)一端连接差动运算放大器63的正极输入端；而第六电阻(R6)与第七电阻(R7)的另一端可接收电压信号(Vin⁺与Vin^-)。

转导器60于小信号模型时，由于负回授效应使得差动运算放大器63的正极输入端与负极输入端的电压会相等。因此，在小信号差动模型(Smal l Signal Differential Model)之下Iin＝(Vin⁺-Vin^-)/(R6+R7)。很明显地，转导器60的输入电压与电流成为线性关系。

如图7所示的混频器为由I EEE固态电路期刊于2006年八月(IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.41，No.8，August2006)所揭露。基本上，此混频器与图1所示的混频器主要的差异即在于转导器的电路设计，因此，以下的描述皆针对转导器的电路设计进行分析。

转导器70包括一第二十四n型晶体管(Mn24)、一第二十五n型晶体管(Mn25)、一第二十六n型晶体管(Mn26)、一第二十七n型晶体管(Mn27)、一第十电流源(I10th)、一第十一电流源(I11th)、一第十二电流源(I12th)、与一第十三电流源(I13th)、一第八电阻(R8)、一第三p型晶体管(Mp3)、一第四p型晶体管(Mp4)。其中，第二十四n型晶体管(Mn24)漏极连接至开关电路的第一电流路径，第二十五n型晶体管(Mn25)漏极连接至开关电路的第二电流路径，第二十四n型晶体管(Mn24)与第二十六n型晶体管(Mn26)的源极与栅极之间连接第十二电流源(I12th)；第二十五n型晶体管(Mn25)与第二十七n型晶体管(Mn27)的源极与栅极之间连接第十三电流源(I13th)；第三p型晶体管(Mp3)漏极连接至第二十六n型晶体管(Mn26)的栅极，第三p型晶体管(Mp3)源极连接至第二十六n型晶体管(Mn26)的漏极，第四p型晶体管(Mp4)漏极连接至第二十七n型晶体管(Mn27)的栅极，第四p型晶体管(Mp4)源极连接至第二十七n型晶体管(Mn27)的漏极；第八电阻(R8)连接于第三p型晶体管(Mp3)源极与第四p型晶体管(Mp4)源极之间；第十电流源(I10th)连接于第三p型晶体管(Mp3)源极与电压源(Vcc)之间，第十一电流源(I11th)连接于第四p型晶体管(Mp4)源极与电压源(Vcc)之间。

由于第三p型晶体管(Mp3)与第四p型晶体管(Mp4)的连接成为超级源极随耦器(Super Source Follower)架构，因此，第三p型晶体管(Mp3)与第四p型晶体管(Mp4)的栅极与源极电压相等。因此，在小信号模型时，I’＝(Vin⁺-Vin^-)/R8。而根据第二十四n型晶体管(Mn24)与第二十六n型晶体管(Mn26)的长宽比例(N:1)关系，第二十五n型晶体管(Mn25)与第二十七n型晶体管(Mn27)的长宽比例(N:1)关系，Iin＝NI’＝N(Vin⁺-Vin^-)/R8。因此，转导器70的输入电压与电流成为线性关系。

如图8所示的混频器为由IEEE固态电路期刊于2006年五月(IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.41，No.5，May2006)所揭露。基本上，此混频器的开关电路由双载子晶体管(Bipolar Transistor)所组成而与图1所示的混频器主要的差异即在于转导器的电路设计，因此，以下的描述皆针对转导器的电路设计进行分析。

转导器80包括一第五n型晶体管(Mn5)、一第六n型晶体管(Mn6)、一第七n型晶体管(Mn7)、一第八n型晶体管(Mn8)、一缓冲器(Buffer)87、一第九电阻(R9)与一第十电阻(R10)。其中，第五n型晶体管(Mn5)漏极连接至开关电路的第一电流路径，第六n型晶体管(Mn6)漏极连接至开关电路的第二电流路径，第五n型晶体管(Mn5)、第六n型晶体管(Mn6)、第七n型晶体管(Mn7)、与第八n型晶体管(Mn8)源极连接至接地端；第七n型晶体管(Mn7)栅极与漏极连接，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)栅极相互连接形成电流镜(Current Mirror)结构；第八n型晶体管(Mn8)栅极与漏极连接，第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)栅极相互连接形成电流镜；第九电阻(R9)连接于第七n型晶体管(Mn7)漏极与电压源(Vdd)之间；第十电阻(R10)连接于第八n型晶体管(Mn8)漏极与电压源(Vdd)之间；缓冲器87接收电压信号(Vin⁺与Vin^-)并提供电压信号至第七n型晶体管(Mn7)栅极与第八n型晶体管(Mn8)栅极。

于转导器80在小信号模型时，I’＝(Vin⁺-Vin^-)/(R9+R10)。而根据第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)栅极的长宽比例(N:1)关系，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)栅极的长宽比例(N:1)关系，Iin＝NI’＝N(Vin⁺-Vin^-)/(R9+R10)。因此，转导器80的输入电压与电流成为线性关系。

由上述内容可知，图4、图5、与图6混频器中的转导器皆是利用晶体管的源极回授至放大器。而图7与图8则为利用其它方式达成转导器的线性化改进。而提出另一种方式达成转导器的线性化则为本发明最主要的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混频器，它可以使混频器中的转导器具有线性的电压-电流特性。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种混频器，该混频器于一小信号差动模型中，它包括：一负载电路；一开关电路，该开关电路连接于该负载电路，该开关电路具有一第一电流路径与一第二电流路径且该开关电路与该负载电路的连接处即为一输出端；以及一转导器，该转导器包括一第一电阻、一第一运算放大器、一第二运算放大器、一第一电流镜与一第二电流镜；其中，该第一电阻连接于该第一运算放大器的一第一输入端与该第二运算放大器的一第一输入端之间，该第一电流镜的一控制电流端连接至该第一运算放大器的第一输入端，该第一电流镜的一镜射电流端连接至该第一电流路径，该第二电流镜的一控制电流端连接至该第二运算放大器的第一输入端，该第二电流镜的一镜射电流端连接至该第二电流路径，该第一运算放大器的一第二输入端与该第二运算放大器的一第二输入端可接收一电压信号。

因为本发明混频器中的转导器的等效电路为第一电阻与第二电阻串接(R/2+R/2＝R)于第一运算放大器与第二运算放大器的正极输入端之间。因此，流经二个电流镜的控制电流端的电流为Ic＝(Vin⁺-Vin^-)/R；而二个电流镜的镜射电流端的电流即为Iin＝N(Vin⁺-Vin^-)/R；因此，本发明混频器中的转导器具有线性关系电压-电流特性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有混频器电路图。

图2是混频器的输入输出信号示意图。

图3是现有混频器中转导器的电压-电流转换关系图。

图4是现有混频器揭露于IEEE Journal of Solid-StateCircuits，Vol.40，No.5，May2005。

图5是现有混频器揭露于IEEE Journal of Solid-StateCircuits，Vol.38，No.12，December2003。

图6是现有混频器揭露于IEEE Journal of Solid-StateCircuits，Vol.39，No.8，August2004。

图7是现有混频器揭露于IEEE Journal of Solid-StateCircuits，Vol.41，No.8，August2006。

图8是现有混频器揭露于IEEE Journal of Solid-StateCircuits，Vol.41，No.5，May2006。

图9是本发明混频器的第一实施例。

图10是本发明第一实施例的小信号差动模型等效电路示意图。

图11是本发明混频器的第二实施例。

图12是本发明混频器的第三实施例。

图13是本发明混频器的第四实施例。

图14是本发明混频器的第五实施例。

图15是本发明混频器的第六实施例。

【主要组件符号说明】

10、40、50、60、70、80、100、200、300、400、500、600转导器

20 开关电路 30 负载电路

63 差动运算放大器 64、66 补偿电路

87 缓冲器

110、310、510 第一电流镜

120、320、520 第二电流镜

230、430、630 第三电流镜

240、440、640 第四电流镜

具体实施方式

请参照图9，其是本发明混频器的第一实施例。基本上，本发明第一实施例的混频器与图1所示的混频器主要的差异即在于转导器的电路设计，因此，以下的描述皆针对转导器的电路设计进行分析。

转导器100包括例如电阻值为R/2的一第一电阻(r1)与一第二电阻(r2)、一第一运算放大器(OP1)、一第二运算放大器(OP2)、一第一n型晶体管(Mn1)、一第二n型晶体管(Mn2)、一第三n型晶体管(Mn3)、与一第四n型晶体管(Mn4)；其中，一第一n型晶体管(Mn1)与一第三n型晶体管(Mn3)的长宽比为1:N；一第二n型晶体管(Mn2)与一第四n型晶体管(Mn4)的长宽比为1:N，N为正数。

于此第一实施例混频器中，转导器100以直流模型(DC Model)进行分析时，其等效电路为第一电阻(r1)连接于第一运算放大器(OP1)的正极输入端与电压源(Vb)之间；第二电阻(r2)连接于第二运算放大器(OP2)的正极输入端与电压源(Vb)之间；第一n型晶体管(Mn1)与第三n型晶体管(Mn3)的栅极连接形成第一电流镜(Current Mirror)110，而第一电流镜110中，第一n型晶体管(Mn1)漏极为第一电流镜110的控制电流端，第三n型晶体管(Mn3)漏极为第一电流镜110的镜射电流端并连接至开关电路的第一电流路径，而第一n型晶体管(Mn1)与第三n型晶体管(Mn3)源极连接至接地端。第二n型晶体管(Mn2)与第四n型晶体管(Mn4)的栅极连接形成第二电流镜120，而第二电流镜120中，第二n型晶体管(Mn2)漏极为第二电流镜120的控制电流端，第四n型晶体管(Mn4)漏极为第二电流镜120的镜射电流端并连接至开关电路的第二电流路径，而第二n型晶体管(Mn2)与第四n型晶体管(Mn4)源极连接至接地端。再者，第一运算放大器(OP1)的输出端连接至第一n型晶体管(Mn1)的栅极；第二运算放大器(OP2)的输出端连接至第二n型晶体管(Mn2)的栅极。第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的负极输入端即可接收电压信(Vin⁺与Vin^-)。

请参照图10，其是本发明第一实施例的小信号模型(Smal lSignal Model)等效电路示意图。于此第一实施例混频器以小信号差动模型进行分析时，其等效电路为第一电阻(r1)与第二电阻(r2)串接(R/2+R/2＝R)于第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的正极输入端之间。因此，流经二个电流镜的控制电流端的电流为Ic＝(Vin⁺-Vin^-)/R；而二个电流镜的镜射电流端的电流即为Iin＝N(Vin⁺-Vin^-)/R；因此，本发明第一实施例混频器中的转导器100具有线性关系电压-电流特性。

请参照图11，其是本发明混频器的第二实施例。基本上，第二实施例与第一实施例的差异仅在于电流镜。第二实施例中的第三电流镜230与第四电流镜240包含级联(Cascade)式晶体管，使得第三电流镜230与第四电流镜240的控制电流端与镜射电流端之间的电流比例更准确。

于此第二实施例混频器中，转导器200以直流模型(DC Model)进行分析时，第三电流镜230包括一第五n型晶体管(Mn5)、一第七n型晶体管(Mn7)、一第九n型晶体管(Mn9)、与一第十一n型晶体管(Mn11)，其中，一第五n型晶体管(Mn5)与一第七n型晶体管(Mn7)的长宽比为1:N，第九n型晶体管(Mn9)漏极为第三电流镜230的控制电流端，第九n型晶体管(Mn9)源极连接至第五n型晶体管(Mn5)漏极，第十一n型晶体管(Mn11)漏极为第三电流镜230的镜射电流端并连接至开关电路的第一电流路径，第十一n型晶体管(Mn11)源极连接至第七n型晶体管(Mn7)漏极，第九n型晶体管(Mn9)与第十一n型晶体管(Mn11)栅极连接至一偏压电源(Vbias)，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)栅极连接至第一运算放大器(OP1)输出端，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)源极连接至接地端；第四电流镜240包括一第六n型晶体管(Mn6)、一第八n型晶体管(Mn8)、一第十n型晶体管(Mn10)、与一第十二n型晶体管(Mn12)，其中，一第六n型晶体管(Mn6)与一第八n型晶体管(Mn8)的长宽比为1:N，第十n型晶体管(Mn10)漏极为第四电流镜240的控制电流端，第十n型晶体管(Mn10)源极连接至第六n型晶体管(Mn6)漏极，第十二n型晶体管(Mn12)漏极为第四电流镜240的镜射电流端并连接至开关电路的第二电流路径，第十二n型晶体管(Mn12)源极连接至第八n型晶体管(Mn8)漏极，第十n型晶体管(Mn10)与第十二n型晶体管(Mn12)栅极连接至偏压电源(Vbias)，第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)栅极连接至第二运算放大器(OP2)输出端，第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)源极连接至接地端。

而第二实施例的小信号差动模型等效电路与图10相同，也就是说，第一电阻(r1)与第二电阻(r2)串接于第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的正极输入端之间。因此，流经二个电流镜的控制电流端的电流为Ic＝(Vin⁺-Vin^-)/R；而二个电流镜的镜射电流端的电流即为Iin＝N(Vin⁺-Vin^-)/R；因此，本发明第二实施例混频器中的转导器200具有线性关系电压-电流特性。

请参照图12，其是本发明混频器的第三实施例。基本上，第三实施例与第一实施例的差异仅在于第一电阻(r1)与第二电阻(r2)的直流偏压方式不同。

第三实施例混频器中的转导器300包括电阻值为R/2的一第一电阻(r1)与一第二电阻(r2)、一第一运算放大器(OP1)、一第二运算放大器(OP2)、一第一n型晶体管(Mn1)、一第二n型晶体管(Mn2)、一第三n型晶体管(Mn3)、与一第四n型晶体管(Mn4)；其中，一第一n型晶体管(Mn1)与一第三n型晶体管(Mn3)的长宽比为1:N；一第二n型晶体管(Mn2)与一第四n型晶体管(Mn4)的长宽比为1:N。

于此第三实施例混频器中，转导器300以直流模型(DC Model)进行分析时，其等效电路为第一电阻(r1)连接于第一运算放大器(OP1)的正极输入端与一第一电流源(Ilst)输出端之间；第二电阻(r2)连接于第二运算放大器(OP2)的正极输入端与第一电流源(Ilst)输出端之间；第一n型晶体管(Mn1)与第三n型晶体管(Mn3)的栅极连接形成第一电流镜310，而第一电流镜310中，第一n型晶体管(Mn1)漏极为第一电流镜310的控制电流端，第三n型晶体管(Mn3)漏极为第一电流镜310的镜射电流端并连接至开关电路的第一电流路径，而第一n型晶体管(Mn1)与第三n型晶体管(Mn3)源极连接至接地端。第二n型晶体管(Mn2)与第四n型晶体管(Mn4)的栅极连接形成第二电流镜320，而第二电流镜320中，第二n型晶体管(Mn2)漏极为第二电流镜320的控制电流端，第四n型晶体管(Mn4)漏极为第二电流镜320的镜射电流端并连接至开关电路的第二电流路径，而第二n型晶体管(Mn2)与第四n型晶体管(Mn4)源极连接至接地端。再者，第一运算放大器(OP1)的输出端连接至第一n型晶体管(Mn1)的栅极；第二运算放大器(OP2)的输出端连接至第二n型晶体管(Mn2)的栅极。第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的负极输入端即可接收电压信号(Vin⁺与Vin^-)。

而第三实施例的小信号差动模型等效电路与图10相同，也就是说，第一电阻(r1)与第二电阻(r2)串接于第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的正极输入端之间。因此，流经二个电流镜的控制电流端的电流为Ic＝(Vin⁺-Vin^-)/R；而二个电流镜的镜射电流端的电流即为Iin＝N(Vin⁺-Vin^-)/R；因此，本发明第三实施例混频器中的转导器300具有线性关系电压-电流特性。

请参照图13，其是本发明混频器的第四实施例。基本上，第四实施例与第三实施例的差异仅在于电流镜。而第四实施例中的第三电流镜430与第四电流镜440包含级联(Cascade)式晶体管，使得第三电流镜430与第四电流镜440的控制电流端与镜射电流端之间的电流比例更准确。

在第四实施例混频器中，转导器400以直流模型进行分析时，第三电流镜430包括一第五n型晶体管(Mn5)、一第七n型晶体管(Mn7)、一第九n型晶体管(Mn9)、与一第十一n型晶体管(Mn11)，其中，一第五n型晶体管(Mn5)与一第七n型晶体管(Mn7)的长宽比为1:N，第九n型晶体管(Mn9)漏极为第三电流镜430的控制电流端，第九n型晶体管(Mn9)源极连接至第五n型晶体管(Mn5)漏极，第十一n型晶体管(Mn11)漏极为第三电流镜430的镜射电流端且连接至开关电路的第一电流路径，第十一n型晶体管(Mn11)源极连接至第七n型晶体管(Mn7)漏极，第九n型晶体管(Mn9)与第十一n型晶体管(Mn11)栅极连接至一偏压电源(Vbias)，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)栅极连接至第一运算放大器(OP1)输出端，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)源极连接至接地端；第四电流镜440包括一第六n型晶体管(Mn6)、一第八n型晶体管(Mn8)、一第十n型晶体管(Mn10)、与一第十二n型晶体管(Mn12)，其中，一第六n型晶体管(Mn6)与一第八n型晶体管(Mn8)的长宽比为1:N，第十n型晶体管(Mn10)漏极为第四电流镜440的控制电流端，第十n型晶体管(Mn10)源极连接至第六n型晶体管(Mn6)漏极，第十二n型晶体管(Mn12)漏极为第四电流镜440的镜射电流端且连接至开关电路的第二电流路径，第十二n型晶体管(Mn12)源极连接至第八n型晶体管(Mn8)漏极，第十n型晶体管(Mn10)与第十二n型晶体管(Mn12)栅极连接至偏压电源(Vbias)，第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)栅极连接至第二运算放大器(OP2)输出端，第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)源极连接至接地端。

而第四实施例的小信号差动模型的等效电路与图10相同，也就是说，第一电阻(r1)与第二电阻(r2)串接于第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的正极输入端之间。因此，流经二个电流镜的控制电流端的电流为Ic＝(Vin⁺-Vin^-)/R；而二个电流镜的镜射电流端的电流即为Iin＝N(Vin⁺-Vin^-)/R；因此，本发明第四实施例混频器中的转导器400具有线性关系电压-电流特性。

请参照图14，其是本发明混频器的第五实施例。基本上，第五实施例与第一实施例的差异仅在于第三电阻(r3)的直流偏压方式不同。

第五实施例混频器中的转导器500包括电阻值为R的一第三电阻(r3)、一第二电流源(I2nd)、一第三电流源(I3rd)、一第一运算放大器(OP1)、一第二运算放大器(OP2)、一第一n型晶体管(Mn1)、一第二n型晶体管(Mn2)、一第三n型晶体管(Mn3)、与一第四n型晶体管(Mn4)；其中，一第一n型晶体管(Mn1)与一第三n型晶体管(Mn3)的长宽比为1:N；一第二n型晶体管(Mn2)与一第四n型晶体管(Mn4)的长宽比为1:N。

于第五实施例混频器中，转导器500以直流模型进行分析时，第三电阻(r3)连接于第一运算放大器(OP1)的正极输入端与第二运算放大器(OP2)的正极输入端之间，第二电流源(I2nd)输出端连接于第一运算放大器(OP1)的正极输入端而第三电流源(I3rd)输出端连接于第二运算放大器(OP2)的正极输入端；第一n型晶体管(Mn1)与第三n型晶体管(Mn3)的栅极连接形成第一电流镜510，而第一电流镜510中，第一n型晶体管(Mn1)漏极为第一电流镜510的控制电流端，第三n型晶体管(Mn3)漏极为第一电流镜510的镜射电流端，且连接至开关电路的第一电流路径；而第一n型晶体管(Mn1)与第三n型晶体管(Mn3)源极连接至接地端。第二n型晶体管(Mn2)与第四n型晶体管(Mn4)的栅极连接形成第二电流镜520，而第二电流镜520中，第二n型晶体管(Mn2)漏极为第二电流镜520的控制电流端，第四n型晶体管(Mn4)漏极为第二电流镜520的镜射电流端，且连接至开关电路的第二电流路径，而第二n型晶体管(Mn2)与第四n型晶体管(Mn4)源极连接至接地端。再者，第一运算放大器(OP1)的输出端连接至第一n型晶体管(Mn1)的栅极；第二运算放大器(OP2)的输出端连接至第二n型晶体管(Mn2)的栅极。第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的负极输入端即可接收电压信号(Vin⁺与Vin^-)。

而第五实施例的小信号差动模型等效电路与图10相同，也就是说，第三电阻(r3)连接于第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的正极输入端之间。因此，流经二个电流镜的控制电流端的电流为Ic＝(Vin⁺-Vin^-)/R；而二个电流镜的镜射电流端的电流即为Iin＝N(Vin⁺-Vin^-)/R；因此，本发明第五实施例混频器中的转导器500具有线性关系电压-电流特性。

请参照图15，其是本发明混频器的第六实施例。基本上，第六实施例与第五实施例的差异仅在于电流镜。第六实施例中的第三电流镜630与第四电流镜640包含级联(Cascade)式晶体管，使得第三电流镜630与第四电流镜640的控制电流端与镜射电流端之间的电流比例更准确。

于第六实施例混频器中，转导器600以直流模型进行分析时，第三电流镜630包括一第五n型晶体管(Mn5)、一第七n型晶体管(Mn7)、一第九n型晶体管(Mn9)、与一第十一n型晶体管(Mn11)，其中，一第五n型晶体管(Mn5)与一第七n型晶体管(Mn7)的长宽比为1:N，第九n型晶体管(Mn9)漏极为第三电流镜630的控制电流端，第九n型晶体管(Mn9)源极连接至第五n型晶体管(Mn5)漏极，第十一n型晶体管(Mn11)漏极为第三电流镜630的镜射电流端且连接至开关电路的第一电流路径，第十一n型晶体管(Mn11)源极连接至第七n型晶体管(Mn7)漏极，第九n型晶体管(Mn9)与第十一n型晶体管(Mn11)栅极连接至一偏压电源(Vbias)，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)栅极连接至第一运算放大器(OP1)输出端，第五n型晶体管(Mn5)与第七n型晶体管(Mn7)源极连接至接地端；第四电流镜640包括一第六n型晶体管(Mn6)、一第八n型晶体管(Mn8)、一第十n型晶体管(Mn10)、与一第十二n型晶体管(Mn12)，其中，一第六n型晶体管(Mn6)与一第八n型晶体管(Mn8)的长宽比为1:N，第十n型晶体管(Mn10)漏极为第四电流镜640的控制电流端，第十n型晶体管(Mn10)源极连接至第六n型晶体管(Mn6)漏极，第十二n型晶体管(Mn12)漏极为第四电流镜640的镜射电流端且连接至开关电路的第二电流路径，第十二n型晶体管(Mn12)源极连接至第八n型晶体管(Mn8)漏极，第十n型晶体管(Mn10)与第十二n型晶体管(Mn12)栅极连接至偏压电源(Vbias)，第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)栅极连接至第二运算放大器(OP2)输出端，第六n型晶体管(Mn6)与第八n型晶体管(Mn8)源极连接至接地端。

而第六实施例的小信号差动模型等效电路与图10相同，也就是说，第三电阻(r3)串接于第一运算放大器(OP1)与第二运算放大器(OP2)的正极输入端之间。因此，流经二个电流镜的控制电流端的电流为Ic＝(Vin⁺-Vin^-)/R；而二个电流镜的镜射电流端的电流即为Iin＝N(Vin⁺-Vin^-)/R；因此，本发明第六实施例混频器中的转导器600具有线性关系电压-电流特性。

由以上的实施例可知，本发明的混频器于直流模型时，可以具有多种的直流偏压电路，而于小信号差动模型时，其等效电路系利用一电阻连接于二晶体管漏极之间，利用运算放大器的负回授实现具有线性电压-电流特性的转导器。

Claims

1.一种混频器，该混频器于一小信号差动模型中，其特征在于，它包括：

一负载电路；

一开关电路，该开关电路连接于该负载电路，该开关电路具有一第一电流路径与一第二电流路径且该开关电路与该负载电路的连接处即为一输出端；以及

一转导器，该转导器包括一第一电阻、一第一运算放大器、一第二运算放大器、一第一电流镜与一第二电流镜；其中，该第一运算放大器的输出端直接连接至该第一电流镜，该第二运算放大器的输出端直接连接至该第二电流镜，该第一电阻连接于该第一运算放大器的一正极输入端与该第二运算放大器的一正极输入端之间，该第一电流镜的一控制电流端直接连接至该第一运算放大器的正极输入端，该第一电流镜的一镜射电流端连接至该第一电流路径，该第二电流镜的一控制电流端直接连接至该第二运算放大器的正极输入端，该第二电流镜的一镜射电流端连接至该第二电流路径，该第一运算放大器的一负极输入端与该第二运算放大器的一负极输入端能够接收一电压信号。

2.如权利要求1所述的混频器，其特征在于，其中该第一电流镜包括：一第一n型晶体管与一第三n型晶体管；其中，该第一n型晶体管的一栅极与该第三n型晶体管的一栅极皆直接连接于该第一运算放大器的该输出端，该第一n型晶体管的一漏极为该第一电流镜的控制电流端，该第三n型晶体管的一漏极为该第一电流镜的镜射电流端，而该第一n型晶体管的一源极与该第三n型晶体管的一源极皆连接至一接地端。

3.如权利要求1所述的混频器，其特征在于，其中该第二电流镜包括：一第二n型晶体管与一第四n型晶体管；其中，该第二n型晶体管的一栅极与该第四n型晶体管的一栅极直接连接于该第二运算放大器的该输出端，该第二n型晶体管的一漏极为该第二电流镜的控制电流端，该第四n型晶体管的一漏极为该第二电流镜的镜射电流端，而该第二n型晶体管的一源极与该第四n型晶体管的一源极皆连接至接地端。

4.如权利要求1所述的混频器，其特征在于，其中该第一电流镜包括：一第五n型晶体管、一第七n型晶体管、一第九n型晶体管、与一第十一n型晶体管，其中，该第九n型晶体管的一漏极为该第一电流镜的控制电流端，该第九n型晶体管的一源极连接至该第五n型晶体管的一漏极，该第十一n型晶体管的一漏极为该第一电流镜的镜射电流端，该第十一n型晶体管的一源极连接至该第七n型晶体管的一漏极，该第九n型晶体管的一栅极与该第十一n型晶体管的一栅极皆连接至一偏压电源，该第五n型晶体管的一栅极与该第七n型晶体管的一栅极皆直接连接至该第一运算放大器的该输出端，该第五n型晶体管的一源极与该第七n型晶体管的一源极皆连接至接地端。

5.如权利要求1所述的混频器，其特征在于，其中该第二电流镜包括：一第六n型晶体管、一第八n型晶体管、一第十n型晶体管、与一第十二n型晶体管，其中，该第十n型晶体管的一漏极为该第二电流镜的控制电流端，该第十n型晶体管的一源极连接至该第六n型晶体管的一漏极，该第十二n型晶体管的一漏极为该第二电流镜的镜射电流端，该第十二n型晶体管的一源极连接至该第八n型晶体管的一漏极，该第十n型晶体管的一栅极与该第十二n型晶体管的一栅极皆连接至一偏压电源，该第六n型晶体管的一栅极与该第八n型晶体管的一栅极皆直接连接至该第二运算放大器的一输出端，该第六n型晶体管的一源极与该第八n型晶体管的一源极皆连接至接地端。

6.如权利要求1所述的混频器，其特征在于，其中该负载电路包括：一第一负载与一第二负载，该第一负载一端与该第二负载一端相互连接。

7.如权利要求6所述的混频器，其特征在于，其中该开关电路包括：一第十三n型晶体管、一第十四n型晶体管、一第十五n型晶体管、一第十六n型晶体管；其中，该第十三n型晶体管的一漏极与该第十五n型晶体管的一漏极皆连接至该第一负载的另一端，该第十四n型晶体管的一漏极与该第十六n型晶体管的一漏极皆连接到该第二负载的另一端，该第十三n型晶体管的一栅极与该第十六n型晶体管的一栅极相互连接，该第十四n型晶体管的一栅极与该第十五n型晶体管的一栅极相互连接，而该第十三n型晶体管的一栅极与该第十四n型晶体管的一栅极可输入一振荡信号，该第十三n型晶体管的一源极与该第十四n型晶体管的一源极相互连接并成为该第一电流路径，而该第十五n型晶体管的一源极与该第十六n型晶体管的一源极相互连接并成为该第二电流路径。

8.如权利要求2所述的混频器，其特征在于，其中该第一n型晶体管与该第三n型晶体管的长宽比为1∶N，而N为正数。

9.如权利要求3所述的混频器，其特征在于，其中该第二n型晶体管与该第四n型晶体管的长宽比为1∶N，而N为正数。