CN101483408B - 无源混频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源混频器，包括：输入电阻电路，其包括串联的第一电阻和第二电阻、以及开关管，其中，开关管的源极和漏极分别跨接在第一电阻的两端，开关管的栅极接入本振信号VLOO，其源极接入电压信号VIN；开关转换电路，用于把由输入电阻电路在VLOO控制下转换VIN所流出的电流信号变频到输出频率上；电流-电压转换电路，用于将变频后的电流信号转换为电压信号输出。通过在输入电阻支路中采用开关管，可以有效的消除谐波干扰，克服了现有技术中无源混频器存在谐波干扰过大，导致输出有用信号很可能被谐波干扰信号所淹没，致使系统无法工作的问题。

Description

无源混频器

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体而言，涉及一种无源混频器。

背景技术

混频器是半导体集成电路中的重要模块。一般混频器由某一特定频率的本振(Local Oscillation)信号驱动，通过输入信号与本振信号相乘，产生包含输入信号频率与本振信号一次谐波频率和本振信号高次谐波频率之和，以及输入信号频率与本振信号一次谐波频率和本振信号高次谐波频率之差的频率分量的输出信号。通常只有输入信号与本振一次谐波(我们称之为基波)相组合的频率分量是我们想要的有用信号，其他高次谐波分量属于谐波干扰。由于谐波干扰的存在，混频器在将有用信号变频的同时，也会将那些落在本振谐波分量变频范围内的干扰信号叠加到有用信号上，从而恶化输出信号质量。因此在混频器设计中谐波干扰抑制是一个重要课题。

模拟集成电路中常用的混频器形式包括有源混频器和无源混频器。无源混频器相比于有源混频器具有结构简单，线性度高，噪声特性好等优点。随着半导体工艺向深亚微米级发展，无源混频器的优势更加明显，因此得到越来越普遍的应用。

图1示出了传统差分无源混频器结构图，它由输入电阻、开关转换电路和电流-电压转换器组成。其中输入电阻由R1、R2组成，连接混频器输入端与开关转换电路；开关转换电路由NMOS晶体管M1、M2、M3和M4组成。其中M1和M2、M3和M4的源极彼此连接，M1和M3、M2和M4的漏极两两相连，组成“吉尔伯特”结构；电流-电压转换器连接开关转换电路与混频器输出。工作时，输入电压信号由混频器输入端进入，经过输入电阻转换为电流信号，开关管M1、M2、M3和M4受差分本振信号VLOP、VLON驱动，将电流信号变频到输出频率，最后由电流-电压转换器重新转为电压信号输出。

由于无源混频器开关管M1-M4完全工作在开/关状态，因此可以使用方波本振信号驱动。采用方波本振信号可以简化本振驱动电路的设计，在深亚微米工艺设计中具有优势。

图2示出了图1中混频器转换增益为1时的时域转换波形图。不失一般性地，假设图1中混频器的转换增益为1，则其时域转换波形如图2所示。图2中虚线表示理想正弦转换波形，实线表示方波本振驱动下的实际转换波形。

图3示出了图2经拉普拉斯变换得到的转换增益在频域的波形图。在图3中，传统无源混频器在本振基波转换增益之外存在奇次谐波转换增益。一般靠近本振基频的谐波成分对于系统的影响最为显著，因此我们通常只关心三倍、五倍谐波干扰。由计算可知，图1所示传统无源混频器基波转换增益-0.91dB，三倍、五倍谐波转换增益分别为-10.45dB、-14.89dB。由于谐波转换增益同基波转换增益非常接近，当谐波转换频带内存在强的干扰信号时，输出有用信号很可能被谐波干扰信号所淹没，致使系统无法工作。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中无源混频器存在谐波干扰过大的问题，导致输出有用信号很可能被谐波干扰信号所淹没，致使系统无法工作。

发明内容

本发明旨在提供一种无源混频器，能够解决现有技术中无源混频器存在谐波干扰过大，导致输出有用信号很可能被谐波干扰信号所淹没，致使系统无法工作的问题。

在本发明的实施例中，提供了一种无源混频器，包括：输入电阻电路，其包括串联的第一电阻和第二电阻、以及开关管，其中，开关管的源极和漏极分别跨接在第一电阻的两端，开关管的栅极接入本振信号VLOO，其源极接入电压信号VIN；开关转换电路，用于把由输入电阻电路在VLOO控制下转换VIN所流出的电流信号变频到输出频率上；电流-电压转换电路，用于将变频后的电流信号转换为电压信号输出。

上述实施例通过在输入电阻支路中采用开关管，可以有效的消除谐波干扰，克服了现有技术中无源混频器存在谐波干扰过大，导致输出有用信号很可能被谐波干扰信号所淹没，致使系统无法工作的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了传统差分无源混频器结构图；

图2示出了图1中混频器转换增益为1时的时域转换波形图；

图3示出了图2经拉普拉斯变换得到的转换增益在频域的波形图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的无源混频器结构图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的无源混频器结构图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的无源混频器结构图；

图7示出了根据本发明的一个实施例的本振信号VLOP、本振信号VLON、本振信号VLOPO和本振信号VLONO的波形图；

图8示出了根据图7中本振信号驱动的混频器时域转换波形图；

图9示出了图8中波形经拉普拉斯变换得到的频域转换波形图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图4示出了根据本发明的一个实施例的无源混频器，包括：

输入电阻电路，其包括串联的第一电阻和第二电阻、以及开关管，其中，开关管的源极和漏极分别跨接在第一电阻的两端，开关管的栅极接入本振信号VLOO，其源极接入电压信号VIN；

开关转换电路，用于把由输入电阻电路在VLOO控制下转换VIN所流出的电流信号变频到输出频率上；

电流-电压转换电路，用于将变频后的电流信号转换为电压信号输出。

上述实施例通过在输入电阻支路中采用开关管，可以有效的消除谐波干扰，克服了现有技术中无源混频器存在谐波干扰过大，导致输出有用信号很可能被谐波干扰信号所淹没，致使系统无法工作的问题。

优选地，VLOO是差分信号，包括VLOPO和VLONO；VIN是差分信号，包括VINP和VINN；输出的电压信号是差分信号，包括VOUTP和VOUTN，差分信号对外部电磁干扰具有较好的免疫力，较适合本实施例。

图5示出了根据本发明的一个实施例的无源混频器，在图5中，输入电阻电路包括第一输入电阻支路和第二输入电阻支路，第一电阻支路包括串联的第一电阻R3和第二电阻R1、以及开关管M5，其中，开关管M5的源极和漏极分别跨接在第一电阻R3的两端，开关管M5的栅极接入本振信号VLOPO，其源极接入电压信号VINP；第二电阻支路包括串联的第一电阻R4和第二电阻R2、以及开关管M6，其中，开关管M6的源极和漏极分别跨接在第一电阻R4的两端，开关管M6的栅极接入本振信号VLONO，其源极接入电压信号VINN。

优选地，开关转换电路是差分电路，差分电路的抗干扰能力较强，较适合本实施例。

优选地，开关转换电路包括差分连接的共源极开关管对M1和M2与共源极开关管对M3和M4，其中，开关管M1和开关管M2的栅极分别接入本振信号VLOP和本振信号VLON，开关管M4和开关管M3的栅极分别接入本振信号VLOP和本振信号VLON；电阻R1的一端与开关管对M1和M2的共源极相连接，电阻R2的一端与开关管对M3和M4的共源极相连接，用于将由输入电阻电路流出的电流信号变频到输出频率上。

优选地，电流-电压转换电路是差分电路，差分电路的抗干扰能力较强，较适合本实施例。

图6示出了根据本发明的一个实施例的无源混频器结构图，在图6中，电流-电压转换电路包括电流-电压转换器，其中，电流-电压转换器包括电阻R5、电阻R6和差分运放OPA，电阻R5和电阻R6分别连接差分运放OPA的输入和输出，组成闭环反馈结构，实现电流-电压转换功能，用于将变频后的电流信号转变为电压信号输出。

优选地，开关管M1和开关管M4的漏极分别连接差分运放OPA的输入端。

优选地，开关管M5与开关管M6是NMOS管，NMOS管噪声系数较小，转换速度较快，较适合本实施例。

优选地，电阻R1和电阻R2的电阻值分别为R欧姆，电阻R3和电阻R4的电阻值分别为(

)R欧姆。

图7示出了根据本发明的一个实施例的本振信号VLOP、本振信号VLON、本振信号VLOPO和本振信号VLONO的波形图。在图7中0-8时间间隔为一个周期。本实施例中混频器由本振信号VLOP、本振信号VLON、本振信号VLOPO和本振信号VLONO驱动。

图8示出了根据图7中本振信号驱动的混频器时域转换波形图。

图9示出了图8中波形经拉普拉斯变换得到的频域转换波形图。由图9可见，上述实施例中无源混频器基波转换增益为-0.06dB，较图1所示传统混频器有少许提高，而三倍、五倍谐波转换增益较传统混频器显著降低，理论上为无穷小。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无源混频器，其特征在于，包括：

输入电阻电路，其包括开关管、以及串联的第一电阻和第二电阻，其中，所述开关管的源极和漏极分别跨接在所述第一电阻的两端，所述开关管的栅极接入本振信号VLOO，其源极接入电压信号VIN；

开关转换电路，用于把由所述输入电阻电路在VLOO控制下转换VIN所流出的电流信号变频到输出频率上；

电流-电压转换电路，用于将变频后的所述电流信号转换为电压信号输出。

2.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，VLOO是差分信号，包括VLOPO和VLONO；VIN是差分信号，包括VINP和VINN；输出的电压信号是差分信号，包括VOUTP和VOUTN。

3.根据权利要求2所述的无源混频器，其特征在于，所述输入电阻电路包括第一输入电阻支路和第二输入电阻支路，

所述第一输入电阻支路，包括开关管M5、以及串联的第一电阻R3和第二电阻R1，其中，所述开关管M5的源极和漏极分别跨接在所述第一电阻R3的两端，所述开关管M5的栅极接入本振信号VLOPO，其源极接入电压信号VINP；

所述第二输入电阻支路，包括开关管M6、以及串联的第一电阻R4和第二电阻R2，其中，所述开关管M6的源极和漏极分别跨接在所述第一电阻R4的两端，所述开关管M6的栅极接入本振信号VLONO，其源极接入电压信号VINN。

4.根据权利要求3所述的无源混频器，其特征在于，所述开关转换电路是差分电路。

5.根据权利要求4所述的无源混频器，其特征在于，所述开关转换电路包括差分连接的共源极开关管对M1和M2与差分连接的共源极开关管对M3和M4，其中

开关管M1和开关管M2的栅极分别接入本振信号VLOP和本振信号VLON，开关管M4和开关管M3的栅极分别接入本振信号VLOP和本振信号VLON；

所述电阻R1的一端与所述开关管对M1和M2的共源极相连接，所述电阻R2的一端与所述开关管对M3和M4的共源极相连接；

所述开关管M1和M3的共漏极，以及所述开关管M2和M4的共漏极分别连接所述电流-电压转换电路的两个输入。

6.根据权利要求5所述的无源混频器，其特征在于，所述电流-电压转换电路是差分电路。

7.根据权利要求6所述的无源混频器，其特征在于，所述电流-电压转换电路包括电流-电压转换器，其中

所述电流-电压转换器包括电阻R5、电阻R6和差分运放OPA，电阻R5的两端分别连接所述差分运放OPA的第一输入和第一输出，电阻R6的两端分别连接所述差分运放OPA的第二输入和第二输出。

8.根据权利要求7所述的无源混频器，其特征在于，所述开关管M1的漏极连接所述差分运放OPA的第一输入端，所述开关管M4的漏极连接所述差分运放OPA的第二输入端。

9.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，所述开关管是NMOS管。

10.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，所述第一电阻的电阻值为

R欧姆，所述第二电阻的电阻值为R欧姆。

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