CN101785191B - 上变频器结构、上变频器以及上变频信号的方法 - Google Patents

Abstract

一种上变频器结构、上变频器以及上变频信号的方法，其中，一种上变频器，包含切换结构，配置为接收输入信号、第一本地振荡器信号以及第二本地振荡器信号，其中，该第二本地振荡器信号频率为该第一本地振荡器信号的频率的二倍，其中，该切换结构配置为在该第二本地振荡器信号的过渡时切换该输入信号，以及其中该第一本地振荡器信号以及该第二本地振荡器信号合并，以形成已合并第一本地振荡器第二本地振荡器切换信号。本发明提供的上变频器结构、上变频器以及上变频信号的方法具有功耗低的有益效果。

Description

上变频器结构、上变频器以及上变频信号的方法

相关申请的交叉引用

本申请主张享有于2007年6月26日提交的美国临时专利申请第60/946,259号，题为“用于无表面声波滤波器(saw-less)发送器的IQ调制器中的LO-2LO上变频器”的优先权，因此该临时专利申请揭露的全部内容在此均合并参考；而且本申请为2005年12月6日提交的美国专利申请第11/220,030号，题为“低噪声混频器”的延续申请案，所以，所揭露的全部内容在此合并作为参考。

技术领域

本发明有关于上变频器结构、上变频器以及上变频信号的方法。

背景技术

便携式通信装置，例如手机、个人数字助理(PDA)、WIFI收发器以及其他通信装置必须能够使用多个不同频带进行通信。例如，当前的便携式通信装置可以3、4或者更多通信频带通信。

设计运作在多个频带的便携式通信装置的挑战之一为，提供在发送和接收频带之间的隔离。例如，在特定发送频带中的发送能量不可与接收频带重叠以及干扰。保证该隔离的一个方法就是在每个发送器的输出端实现表面声波(Surface Acoustic Wave，SAW)滤波器。SAW滤波器减少了在接收器频率的发送器输出的噪声，以阻止接收器变得不敏感。尽管如此，SAW滤波器在集成电路上占据了可观的空间，而且实现成本很高。因此，将越来越多的标准包含在一个单一的射频(RF)接收器的需要下，在发送器设计中去除SAW滤波器，对于帮助降低成本以及封装尺寸变得更具有吸引力。

为了从发送器路径上去除SAW滤波器，发送器的噪声应当在对应接收频率上很低。不幸地，在现有的发送器结构前提下，不可能将发送器的噪声降到如此水平。

在现代的RF发送器中，基带数据的上变频经由将数据信号与载波信号相乘(multiplying)而实现，也称作混频。使用三角恒等式(trigonometric identity)，

$\cos \left(x\right)\·\cos \left(y\right)=\frac{1}{2}(\cos (x-y)+\cos (x+y))$

基带信号在频域上变频为两个边带(sideband)。由于只对已产生的边带其中一者感兴趣，那么不需要的边带就可以使用同相(I或者sine)以及正交相(Q或者cos)信号而进行抑制，其中，同相(I或者sine)以及正交相(Q或者cos)信号均用于基带信号以及LO信号。

在同相(I)以及正交相(Q)(I/Q)发送器，限制可达到的性能的最重要的电路部件之一就是上变频器中的本地振荡器(LO)信号产生电路，其中，同相(I)以及正交相(Q)(I/Q)发送器依赖于同相信号以及正交相信号之间的90度相位差。LO信号可以看作是一个参考信号，用于将基带信息信号上变频到发送信号。因此，偏离主频率的偏移频率(offset frequency)处的LO信号直接贡献于发送器输出的噪声。特别地，对于和不同用户信号的接收频率重叠的偏移频率，相位噪声性能变得很关键。典型地，产生LO信号的电路在集成电路上占据了很大的电路面积，并且消耗了很高的功率以维持低相位噪声。

基带信号以及LO信号在称为“混频器核心(mixer core)”的装置中合并。混频器核心为发送链中另一个关键部件。与产生LO信号的电路相似，混频器核心也产生直接贡献于发送器输出的噪声。有源混频器典型地消耗很高的功率，以保持低噪声水平。无源混频器不消耗功率，但是在I以及Q基带输入之间提供了受限的隔离。在I以及Q基带输入之间的良好的隔离对于大多数发送器而言，是很重要的。

因此，期望具有可获得低相位噪声、提供良好的边带隔离、占据最小的电路面积以及消耗最少的功率的上变频器。

发明内容

上变频器的实施例包含，切换结构，配置为接收输入信号、第一本地振荡器(LO)信号以及第二本地振荡器(2LO)信号，该第二本地振荡器信号的频率为该第一振荡器(LO)信号的频率的两倍，其中，该切换结构配置为在该第二本地振荡器(2LO)信号的过渡时切换该输入信号，以及其中，该第一本地振荡器信号以及该第二本地振荡器信号合并，以形成已合并第一本地振荡器第二本地振荡器(LO 2LO)切换信号。

本发明提供一种上变频器结构，包含：切换结构，配置为接收输入信号、第一本地振荡器信号以及第二本地振荡器信号，该第二本地振荡器信号的频率为该第一本地振荡器信号的二倍，其中，该切换结构配置为在该第二本地振荡器信号过渡时，切换该输入信号。

本发明再提供一种上变频信号的方法，包含：接收输入信号；使用第一本地振荡器信号以及第二本地振荡器信号切换该输入信号，其中，该第二本地振荡器信号的频率为该第一本地振荡器信号的频率的二倍，其中，在该第二本地振荡器的过渡时发生该切换，以及其中该第一本地振荡器信号以及该第二本地振荡器信号合并，以形成该已合并切换信号。

本发明另提供一种上变频器结构，具有无源混频器，包含：频率源，配置为开发一本地振荡器信号，该本地振荡器信号的频率为一预设本地振荡器信号频率的二倍；分频器，配置为接收该本地振荡器信号，其中该本地振荡器信号的频率为该预设本地振荡器信号频率的二倍；无源混频器，配置为接收该本地振荡器信号以及该预设本地振荡器信号，以及配置为在该本地振荡器信号过渡时，切换该输入射频信号，以及其中该本地振荡器信号以及该预设本地振荡器信号合并，以形成已合并切换信号，以及其中，由该分频器导致的噪声被该无源混频器抑制。

也提供了其他实施例。对于本领域的技术人员来说，阅读了下列附图以及详细描述，本发明的其他系统、方法、特点以及优势会变得很明显。但是，所有这样的附加系统、方法、特点以及优势都包含在描述的范围内，并且在本发明的范围内，都由权利要求所保护。

附图说明

可以参考下列附图更好的理解本发明，在附图内包含的元件不必限于原大小，重点在于更清晰地说明本发明的原理。更具体地，在附图中，相同的数字在不同的附图中指定对应的部分。

图1为说明简化的便携式收发器的方块示意图。

图2为用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器的实施例的简化示意图。

图3A为有源混频器配置中实现的LO 2LO上变频器的实施例的示意图。

图3B为无源混频器配置中实现的LO 2LO上变频器的实施例的示意图。

图4为用在图3A以及图3B中的混频器核心中的LO信号以及2LO信号的示意图。

图5为根据LO 2LO上变频器的实施例的，差分有源混频器核心的示意图。

图6为根据LO 2LO上变频器的实施例的，差分无源混频器核心的示意图。

图7为根据LO 2LO上变频器的实施例的，差分无源混频器核心的替代实施例的示意图。

图8为根据LO 2LO上变频器的实施例的，差分无源混频器核心的另一个替代实施例的示意图。

图9为产生上述LO信号的电路示例的示意图。

图10为用在图8描述的LO 2LO上变频器的实施例中LO信号的示意图。

图11为描述LO 2LO上变频器的实施例的运作的流程图。

具体实施方式

虽然特别参考便携式收发器描述如上，但是用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器可以用于发送器中使用上变频信号的任何装置中。用于I/Q调制器的LO2LO上变频器可以在无源混频器中实现，或者在有源混频器中实现。进一步说，用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器可以在混频器核心中实现，或者在具有传统的混频器核心的LO产生电路中实现。

无源混频器提供低功耗、低噪声以及高线性度，但是需要来自随后几级(stage)更好的性能。无源混频器的问题最大的缺陷就是在I以及Q输入之间缺乏隔离。缺乏隔离显著地降低了边带抑制，而且限制了在很多应用中无源混频器的有效利用。有源混频器提供增益，因此，降低了随后几级对整体系统噪声的噪声贡献。尽管如此，有源混频器倾向于消耗大量电流，以达到良好的噪声以及线性度性能。

正交I以及Q LO信号的产生对于混频器运作而言也很重要。既然相位噪声以及正交LO信号的I和Q匹配很重要，那么与LO信号产生相关的电路典型地消耗了高功率，并且占据了电路上很大的面积。

用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器克服了上述大多数问题。用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器显著地降低了LO链相位噪声对于整体系统噪声的贡献。用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器也降低了在LO链中的IQ不平衡(imbalance)的影响，其中，LO链中的IQ不平衡降低了上变频器的边带抑制的品质。

进一步说，通过改进了用于无源混频器的I以及Q输入之间的隔离，所以用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器允许在多个应用中使用无源混频器，而不降低边带抑制的性能。

用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器可以硬件、软件或者硬件与软件的组合实现。当以硬件实现时，用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器可以使用专门的硬件单元(hardware element)以及逻辑(logic)实现。当用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器，部分以软件实现，在产生LO以及2LO信号时，软件部分可以用于精确控制各种元件(component)。软件可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统(微处理器)来执行。用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器的硬件实现可以包含下面的技术的任何一者或者组合，而下面的技术均为现有技术：离散电子元件、具有逻辑门的离散逻辑电路(其中，逻辑门用于对数据信号实现逻辑功能)、具有适当的逻辑门的专用集成电路(application specific integrated circuit)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)等等。

用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器的软件包含用于实现逻辑功能可执行指令的有序清单(ordered List)，以及可以体现在任何计算机可读媒介中，从而由指令执行系统、设备或者装置使用，或者与指令执行系统、设备或者装置联合使用，其中，指令执行系统、设备或者装置例如为基于计算机的系统、包含处理器的系统、或者其他可以从指令执行系统、设备或者装置中获取指令并且执行指令的系统。

在此说明书中，“计算机可读媒介”可以为包含、存储、通信、传播(propage)或者传输(transport)程序的任何手段，其中“计算机可读媒介”由指令执行系统、设备或者装置使用，或者与指令执行系统、设备或者装置联合使用。计算机可读媒介可以为(例如但是不以此为限)电的、磁的(magnetic)、光的、电磁的(electromagnetic)、红外(infrared)或者半导体系统、设备、装置或者传播介质。计算机可读媒介的更具体的例子(非无遗漏的列表)可以包含下面：具有一个或者多个线(wire)的电连接(电的)、便携式计算机软盘(diskette)(磁的)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或者闪存)(磁的)、光纤(光的)以及便携式光盘(compact disc)只读存储器(CDROM)(光的)。请注意，计算机可读媒介甚至可以为纸或者其他适合的媒介，在该计算机可读媒介上，可以打印出程序，因为程序可以被电捕捉到，通过示例，纸或者其他媒介的光扫描，然后编译(compile)，翻译(interpreted)或者如果必要的话，以适当的方式的其他处理，然后存储在计算机存储器中。

图1为简化的便携式收发器100的方块示意图。用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器可以实现在任何RF发送器或者RF收发器中，在此例子中，实现在与便携式收发器100相关的RF发送器中。如图1所示的便携式收发器100为简化的例子，用于说明用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器可能实现的很多可能应用之一。本领域普通技术人员可以了解便携式收发器的运作。便携式收发器100包含发送器110、接收器120、基带子系统130、数模转换器(DAC)160以及模数转换器(ADC)170。发送器包含调制器116以及上变频器200。在此实施例中，上变频器200可以为调制器116的子系统。在替换实施例中，上变频器200可以为分离的电路模块或者电路单元。上变频器200实现了上述的用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器的实施例。

发送器也包含调制以及上变频基带信号的任何其他功能单元。接收器120包含滤波器电路以及下变频器电路，其中，滤波器电路以及下变频器电路可以将已接收RF信号中的信息信号恢复出来。便携式收发器100也包含功率放大器140。经由连接112，收发器100的输出提供给功率放大器140。依赖于通信方法，便携式收发器装置也可以包含功率放大器控制单元(图未示)。

接收器120以及功率放大器140均连接到前端模块144。前端模块144可以为多工器(duplexer)、双工器(diplexer)或者任何可以将发送信号与接收信号分开的单元。前端模块144通过连接142连接到天线138上。

在发送模式中，经由连接114，功率放大器140的输出提供给前端模块144。在接收模式中，前端模块144经由连接146，将接收信号提供给接收器120。

如果用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器的一部分以软件实现，那么基带子系统130也包含LO 2LO上变频器软件155，而LO 2LO上变频器软件155可以由微处理器135或者由其他处理器执行，从而控制下述用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器的运作。

当发送时，经由连接132，自基带子系统130将基带发送信号提供给DAC160。DAC 160将数字基带发送信号转换为模拟信号，然后模拟信号经由连接134提供给发送器110。根据系统所描述的调制格式，调制器116以及上变频器200调制以及上变频该模拟发送信号，其中，便携式收发器100运行在该系统中。该已调制以及已上变频发送信号然后经由连接112，提供给功率放大器140。

当接收时，经由连接136，已滤波以及已下变频接收信号，自接收器120提供给ADC 170。ADC 170将模拟接收信号数字化，然后经由连接138，将模拟基带接收信号提供给基带子系统130。基带子系统130恢复已发送信息。

图2为用于I/Q调制器的LO 2LO上变频器的实施例的简化示意图。上变频器200包含振荡器202，振荡器202配置为在连接204上产生LO信号，而LO信号的频率为预设LO信号的频率的二倍(标记为2LO)。例如，若预设LO频率为额定(nominal)100MHz，那么在连接204上的信号为额定200MHz。上变频器200也包含混频器核心212以及混频器核心214。混频器核心212以及混频器核心214配置为在正交信号I以及Q上运作。例如，同相信号I_in经由连接206提供给混频器核心212，而正交相输入信号Q_in经由连接208提供给混频器核心214。

连接204上的2LO信号提供给混频器核心212以及混频器核心214，也提供给分频器(divider)222。在一个实施例中，分频器222为一个正交分频器。分频器222将连接204上的2LO信号分为连接216以及连接218上的LO的额定值(nominal value)。在此例子中，LO_I信号经由连接216提供给混频器核心212，以及LO_Q信号经由连接218提供给混频器核心214。

下面将更为详尽的描述，混频器核心212以及混频器核心214的每一者都接收LO信号以及2LO信号。以最小的噪声以及减损(impairment)，混频器核心212将I_in信号上变频，以及混频器核心214将Q_in信号上变频。已上变频I_in信号经由连接224提供给合并单元(combining element)228，以及已上变频Q_in信号经由连接226提供给合并单元228。连接232上的合并单元228的输出为提供给功率放大器140(图1)的输出信号。通过将最终的合并单元运作改变为加法(或者减法)，或者不改变最终运作而互相转变(interchanging)I以及Q LO信号，可以选择同相信号或者正交相信号。

上变频器200的结构抑制了分频器的噪声贡献，因此，最小化发送器噪声以及边带产生，其中分频器用于产生正交LO信号LO_I以及LO_Q。进一步说，下面将要阐述，上变频器200的结构提供了用于无源混频器实现的，在I以及Q输入之间的更高水平的输入隔离。

图3A为有源混频器结构中实现的LO 2LO上变频器的实施例的示意图。混频器核心300配置为经由连接302以及连接304接收差分输入信号。简单起见，两个正交相位其中之一在图3A表示。或者同相(I)信号或者正交相(Q)信号提供给混频器核心300。

混频器核心300包含一组开关310以及一组开关320。一组开关310包含开关312、314、316以及318。开关312、314、316以及318表示为简单的单刀单掷(single-pole，single-throw)开关，从而表示可用开关的任何类型。举例说明，半导体开关的类型，例如双极结型晶体管(bipolar junction transistor BJT)、场效应管(Field Effect Transistor，FET)、任何变形、或者任何其他可在后面的描述中实现的开关结构。

一组开关310配置为接收2LO信号。例如，经由连接302，差分输入信号提供给开关312以及开关314。当开关314接收2LO信号的反相(inverse)时，开关312接收2LO信号，其中，2LO信号的反相也称作2LO或者2LO杠。开关316以及开关318经由连接304接收相反的(opposite)差分信号。开关316接收2LO信号以及开关318接收2LO信号。

一组开关320包含开关322、324、326以及328。一组开关320配置为接收LO信号。开关322接收LO信号，开关324以及开关326接收LO信号的反相，其中LO信号的反相也称作LO或者LO杠，以及开关328接收LO信号。

开关312的输出经由连接319提供给开关322以及开关324。开关318的输出经由连接321提供给开关326以及开关328。开关314的输出提供给端(terminal)336以及开关316的输出提供给端338。当开关314以及开关316打开(active)时，开关314以及开关316的输出被舍弃。经由连接332以及连接334得到混频器核心300的输出。

混频器核心300包含两个层次(level)的开关，如上述的310以及320，即LO以及2LO层次。在有源混频器中，例如图3A所示，如果期望有低闪烁噪声(flicker noise)，那么2LO开关312、314、316以及318层次应当位于LO开关322、324、326以及328之前。

图3B为在无源混频器配置中实现的LO 2LO上变频器的实施例的示意图。混频器核心350配置为经由连接352以及连接354接收差分输入信号。简单起见，图3B只表示的两个相位中的一个。或者同相信号，或者正交相信号，将提供给混频器核心350。

混频器核心350包含一组开关360以及一组开关370。一组开关360包含开关362、364、366以及368。一组开关360配置为接收LO信号。例如，经由连接352，差分输入信号提供给开关362以及开关364。开关362接收LO信号，而开关364接收LO信号的反相，其中，LO信号的反相也称为LO或者LO杠。开关366以及开关368经由连接354接收相反的差分信号。开关366接收LO信号，开关368接收LO信号。

一组开关370包含开关372、374、376以及378。一组开关370配置为接收2LO信号。开关372接收2LO信号，开关374以及开关376接收LO信号的反相，其中，LO信号的反相也称为LO或者LO杠，以及开关378接收2LO信号。

开关362的输出经由连接369提供给开关372以及开关374。开关368的输出经由连接371提供给开关376以及开关378。开关364的输出提供给连接371，以及开关366的输出提供给连接369。经由连接382以及连接384，获得混频器核心350的输出。开关374的输出提供给端386以及开关376的输出提供给端388。当开关374以及开关376打开(active)时，开关374以及开关376的输出被舍弃。

混频器核心350包含两个层次的开关，如上所述360以及370，即，LO以及2LO层次开关。在无源混频器中，例如图3B所示，LO开关362、364、366以及368可以或者位于2LO开关372、374、376以及378之前，或者位于2LO开关372、374、376以及378之后。在一个实施例中，LO开关362、开关364、开关366以及开关368位于2LO开关372、开关374、开关376以及开关378之前。

如图3A以及图3B所示的实施例中均包含附加层次的开关，其中附加层次的开关由LO频率的2倍频率，2LO所驱动。如果使用分频器产生LO信号的I相位以及Q相位，那么信号2LO就很容易获得，其中，分频器例如图2所示的分频器222，分频器为一种产生I以及Q LO信号的常用方式。可替换地，产生2LO信号的其他方法也是可以的。

图4为用在图3A以及图3B中的混频器核心中的LO信号以及2LO信号的示意图。示意图400包含信号轨迹402、信号轨迹404以及信号轨迹406，其中，信号轨迹402代表2LO信号，信号轨迹404代表LO信号，以及信号轨迹406代表有效(effective)LO(eLO)信号。LO信号404的正与负周期分别与“I”以及“-I”相关，此为切换配置的直接结果。尽管如此，因为在负周期，输入信号被舍弃，2LO信号402的正以及负周期与“1”以及“0”相关。舍弃了信号的一半，因此，噪声也为一半，从而由于二阶影响(second-order effect)改进了上变频器的噪声性能。仅当2LO信号402切换时，有效LO信号406图解阐释了混频器核心(300或者350)的切换。以此方式，LO信号404总为稳定状态(settled and stable)，而且当2LO开关打开(active)时，也不处于切换过渡。这通过图4中的410、412、414以及416给予说明。以此方式，LO以及2LO相位的配置，允许混频器核心达到最优的性能。为了抑制LO信号中任何理想性(nonideality)，例如相位噪声或者I以及Q信号之间的不平衡，LO信号404的切换瞬间，在2LO信号402的“0”周期内发生。如图4所示，这保证了有效LO信号406不依赖于LO信号的过渡，但是依赖于2LO信号402的过渡。

图5为根据LO 2LO上变频器的实施例的，差分有源混频器核心的示意图。混频器核心500包含同相混频器核心505以及正交相混频器核心555。同相混频器核心505经由连接502以及连接504接收差分同相(I)输入信号。连接502以及连接504上的信号提供给跨导(transconductance)放大器，也称为Gm级506。经由连接508以及连接509提供Gm级506的输出。

同相混频器核心505包含第一组开关510以及第二组开关520。第一组开关510配置为接收2LO信号，而第二组开关520配置为接收LO信号。

第一组开关510包含开关512、514、516以及518。连接508上的Gm级506的输出提供给开关512以及开关514。连接509上的Gm级506的输出提供给开关516以及开关518。2LO信号控制开关512，2LO信号控制开关514以及开关516，2LO信号控制开关518。

第二组开关520包含开关522、524、526以及528。第二组开关520配置为接收LO信号。开关522由同相LO输入信号LO_I控制，开关524以及开关526由同相LO输入信号的反相LO_I控制，以及开关528由LO_I信号控制。开关512的输出经由连接511提供给开关522以及开关524。开关518的输出经由连接519提供给开关526以及开关528。经由连接532提供开关522的输出，经由连接534提供开关524的输出以及经由连接534提供开关528的输出。开关514的输出提供给端515，开关516的输出提供给端517。当开关514以及开关516打开(active)时，开关514以及开关516的输出被舍弃。

正交相混频器核心555经由连接552以及连接554接收差分正交相(Q)输入信号。连接552以及连接554上的信号提供给跨导放大器，也称作Gm级556。经由连接558以及连接559提供Gm级556的输出。

正交相混频器核心555包含第一组开关560以及第二组开关570。第一组开关560配置为接收2LO信号，以及第二组开关570配置为接收LO信号。

第一组开关560包含开关562、564、566以及568。连接558上的Gm级556的输出提供给开关562以及开关564。连接559上的Gm级556的输出提供给开关566以及开关568。2LO信号控制开关562，2LO信号控制开关564以及开关566，2LO信号控制开关568。

第二组开关570包含开关572、574、576以及578。第二组开关570配置为接收LO信号。开关572由正交相LO输入信号LO_Q控制，开关574以及开关576由正交相LO输入信号的反相LO_Q控制，开关578由LO_Q信号控制。开关562的输出经由连接561提供给开关572以及开关574。开关568的输出经由连接569提供给开关576以及开关578。经由连接532提供开关572的输出，经由连接534提供开关574的输出，经由连接532提供开关576的输出，以及经由连接534提供开关578的输出。开关564的输出提供给端565，开关566的输出提供给端567。当开关564以及开关566打开(active)时，开关564以及开关566的输出被舍弃。经由连接532以及连接534得到混频器核心500的输出(如图示的Out+以及Out-)。

在如图5所示的配置中，I以及Q输入，表示为I+、I-、Q+以及Q-、；I以及Q LO信号，表示为LO_I以及LO_Q，以及输出连接的极性可以相互转变。相应的上变频器将提供上述优势，无论是否选择了较低频率边带或者较高频率边带。

如图4所描述，切换瞬间适当地配置为，当由相应跨导级产生的电流输入被较低层次开关舍弃时，较高层次开关(520以及570)切换。

在信号上变频过程中，经由抑制LO产生电路的噪声以及减少闪烁噪声，使用具有有源混频器的LO 2LO上变频器结构提高了噪声性能。既然边带抑制依赖于2LO信号的正边沿以及负边沿，而不是LO_I以及LO_Q信号的相位匹配，那么LO 2LO上变频器结构也提高了边带抑制。考虑到上述优势，重要的减少电流以及减少面积就是可能的了。

图6为根据LO 2LO上变频器的实施例，差分无源混频器核心的示意图。混频器核心600包含同相混频器核心605以及正交相混频器核心655。同相混频器核心605自电压源602以及电压源604接收差分同相(I)输入信号。

同相混频器核心605包含第一组开关610以及第二组开关620。第一组开关610由同相LO信号控制，第二组开关由2LO信号控制。

第一组开关610包含开关612、614、616以及618。连接606上的电压源602的输出提供给开关612以及开关614。连接608上的电压源604的输出提供给开关616以及开关618。

开关612由同相LO信号LO_I控制，开关614以及开关616由同相信号的反相LO_I控制，以及开关618由同相LO信号LO_I控制。

开关612的输出经由连接611提供给开关622。经由连接615提供开关614的输出，经由连接617提供开关616的输出，以及经由连接619开关618的输出提供给开关628。

开关622由2LO信号控制，开关624以及开关626由2LO信号控制，开关628由2LO信号控制。经由连接632提供开关622的输出，经由连接634提供开关628的输出。开关624的输出提供给端635，以及开关626的输出提供给端637。当开关624以及开关626打开(active)时，开关624以及开关626的输出被舍弃。

正交相混频器核心655自电压源652以及654接收差分正交相(Q)输入信号。正交相混频器核心655包含第一组开关660以及第二组开关670。第一组开关660由正交相LO信号控制，第二组开关670由2LO信号控制。

第一组开关660包含开关662、664、666以及668。连接656上的电压源652提供给开关662以及开关664。连接658上的电压源654的输出提供给开关666以及开关668。

开关662由正交相LO信号LO_Q控制，开关664以及开关666由正交相信号的反相LO_Q控制，以及开关668由正交相LO信号LO_Q控制。

开关662的输出经由连接661提供给开关672。经由连接665提供开关664的输出，经由连接667提供开关666的输出，经由连接669，开关668的输出提供给开关678。

开关672由2LO信号控制，开关674以及开关676由2LO信号控制，以及开关678由2LO信号控制。经由连接632提供开关672的输出，经由连接634提供开关678的输出。开关674的输出提供给端675，以及开关676的输出提供给端677。当开关674以及开关676打开(active)时，开关674以及开关675的输出被舍弃。经由连接632以及连接634的到混频器核心600的输出(如图示的Out+以及Out-)。

在如图6的配置中，I以及Q输入，表示为I+、I-、Q+以及Q-；I以及Q LO信号，表示为LO_I以及LO_Q，以及输出连接的极性可以互相转变。相应的上变频器提供上述优势，无论是否选择了较低频率边带或者较高频率边带。

如图4所示，切换瞬间适当地配置为，当由较低层次开关(610以及660)上变频的相应电压输入被较高层次开关(620以及670)舍弃时，较低层次开关(610以及660)切换。

上述具有无源混频器的LO 2LO上变频器结构的使用，经由抑制了LO产生电路的噪声，而提高了噪声性能。既然边带抑制依赖于2LO信号的正边沿以及负边沿，而不是LO_I以及LO_Q的相位匹配，那么LO 2LO上变频器结构也提高了边带抑制。考虑到上述优势，重要的减少电流以及减少面积就成为可能。

LO 2LO上变频器结构提供的另一个重要好处就是减少了I以及Q输入对彼此的的负载效应(loading effect)。在传统的无源混频器中，I以及Q输入恒定地为彼此加载(load)，这引起了显著的性能退化(performative degradation)。尽管如此，使用LO 2LO上变频器结构，2LO信号上的运作的切换，为I以及Q输入之间提供了隔离。尽管如此，如果选择了电流模式输入，该影响就可以最小化，同时保持在无源模式下切换。

图7为根据LO 2LO上变频器的实施例的差分无源混频器核心的替代实施例的示意图。图7中的单元与图6中的单元相同，并且图7中的单元标号为7XX，其中XX指图6的对应单元。如果选择电压模式运作，那么用于舍弃输入信号的2LO开关，就可以去除，如图7所示。经由图6与图7的比较，省略了开关624、626、674以及676。

图8为根据LO 2LO上变频器的实施例的，差分无源混频器核心的替代实施例的示意图。

上述LO 2LO上变频器的实施例可以以替代方式实现，其中，替代的方式减少了开关的数量，这样，就可以使用传统的混频器结构。在此实施例中，使用LO以及2LO信号实施适当的逻辑运作，引起的波形用于驱动传统的I以及Q上变频器混频器。

在图8中，混频器核心800包含同相混频器核心805以及正交相混频器核心855。同相混频器核心805包含电压源802以及804，其中，电压源802以及804提供差分同相(I)输入信号。同相混频器核心805包含开关812、814、816以及818。电压源802的输出，经由连接806提供给开关812以及开关814。电压源814的输出经由连接808提供给开关816以及开关818。

在此实施例中，开关812由LO信号2LO*LO_I控制，开关814以及开关816由LO信号2LO*LO_I控制，以及开关818由LO信号2LO*LO_I控制。

经由连接822提供开关812的输出，经由连接824提供开关814的输出，经由连接822提供开关816的输出，以及经由连接824提供开关818的输出。

正交相混频器核心855包含电压源852以及854，其中电压源852以及854提供差分正交相(Q)输入信号。正交相位混频器核心855包含开关862、864、866以及868。电压源852的输出经由连接856提供给开关862以及开关864。电压源854的输出经由连接858提供给开关866以及开关868。

在此实施例中，开关862由LO信号2LO*LO_Q控制，开关864以及开关866由LO信号2LO*LO_Q控制，以及开关868由LO信号2LO*LO_Q控制。

经由连接822提供开关862的输出，经由连接824提供开关864的输出，经由连接822提供开关866的输出，以及经由连接824提供开关868的输出。经由连接822以及连接824提供混频器核心800的输出(如图示的Out+以及Out-)。

图9为产生上述LO信号的电路示例的示意图。其他电路结构可以用于产生上述的LO信号。电路包含NAND门910、920、930以及940。NAND门910经由输入连接902接收2LO信号，以及经由输入连接904接收LO_I信号。经由NAND门910的运作在连接909上产生2LO*LO_I信号。

NAND门920经由输入连接922接收2LO信号。LO_I信号经由连接924提供给反相器(inverter)926。反相器926的输出在连接928上为LO_I信号。，经由NAND门920的运作，在连接929上产生2LO*LO_I信号。

NAND门930在输入连接其中之一，接收反相器936的输出。2LO信号经由连接932提供给反相器936。在输入连接938上的反相器936的输出为2LO信号。NAND门930在连接934上接收LO_Q信号。，经由NAND门930的运作，在连接939上产生2LO*LO_Q信号。

NAND门940在输入连接947上接收反相器946的输出，以及在输入连接945上接收反相器948的输出。2LO信号经由连接942提供给反相器946。在连接947上的反相器946的输出为2LO信号。LO_Q信号经由连接944提供给反相器948。输入连接945上的反相器948的输出为LO_Q信号。经由NAND门940的运作，在连接949上产生2LO*LO_Q信号。

图10为用在图8描述的LO 2LO上变频器实施例中的LO信号的示意图1000。信号轨迹1002表示的2LO信号，信号轨迹1004表示LO_I信号，信号轨迹1006表示LO_Q信号。

信号轨迹1008表示2LO*LO_I信号，信号轨迹1012表示2LO*LO_I信号，信号轨迹1014表示2LO*LO_Q信号，信号轨迹1016表示2LO*LO_Q信号。

如图8、图9以及图10表示的替代实施例的好处之一就是，由于额外的开关，例如基于2LO信号运作的上述开关，去除了任何理想性(ideality)。这对于制造工艺(fabrication process)来说尤为重要，因为制造工艺可能形成具有非理想特性的开关。由于使用了低噪声逻辑运作，缺点就是增加了功率消耗，如图9所示。

图11为LO 2LO上变频器实施例的运作的流程图1100。在流程图中方块可以由上述单元按顺序或者不按顺序实施。

在方块1102中，将LO信号提供给混频器核心。在方块1104中，频率为LO信号的二倍的信号(2LO)提供给混频器核心。在方块1106中，混频器核心的输出根据2LO信号进行切换。

本发明的多个实施例已经描述如上，然对于本领域技术人员来说，遵循本发明的范围，还有更多的实施例以及实现。例如，本发明不限于RF发送器或者收发器的特定类型。本发明的实施例可以用于RF发送器以及收发器的不同类型中，而且对于将发送信号上变频的任何发送器都是适用的。

Claims (11)

1.一种上变频器结构，包含：

切换结构，配置为接收输入信号、第一本地振荡器信号以及第二本地振荡器信号，该第二本地振荡器信号的频率为该第一本地振荡器信号的二倍，其中，该切换结构配置为在该第二本地振荡器信号过渡时，切换该输入信号；

该切换结构等效于将一有效本地振荡器信号作用于该输入信号，其中，该有效本地振荡器信号在一时间周期内切换该输入信号，该第一振荡器信号在该时间周期内为稳定状态。

2.如权利要求1所述的上变频器结构，其特征在于，该切换结构进一步包含：

第一组开关，配置为接收该第二本地振荡器信号；以及

第二组开关，配置为接收该第一本地振荡器信号。

3.如权利要求2所述的上变频器结构，其特征在于，当该第一组开关舍弃该输入信号时，该第二组开关打开。

4.如权利要求2所述的上变频器结构，其特征在于，进一步包含跨导放大器，该跨导放大器为该第一组开关提供该输入信号。

5.如权利要求2所述的上变频器结构，其特征在于，该第一组开关进一步包含两个开关单元，该两个开关单元用于该输入信号的每一个正交相位。

6.一种上变频器，包含：

切换结构，配置为接收输入信号、第一本地振荡器信号以及第二本地振荡器信号，该第二本地振荡器信号的频率为该第一本地振荡器的频率的二倍，其中，该切换结构配置为在该第二本地振荡器信号过渡时，切换该输入信号，以及该第一本地振荡器信号以及该第二本地振荡器信号合并，以形成已合并第一本地振荡器第二本地振荡器切换信号；

该切换结构等效于将一有效本地振荡器信号作用于该输入信号，其中，该有效本地振荡器信号在一时间周期内切换该输入信号，该第一本地振荡器信号于该时间周期内为稳定状态。

7.如权利要求6所述的上变频器，其特征在于，该切换结构进一步包含四个开关单元，用于该输入信号的两个正交相位的每一者。

8.一种上变频信号的方法，包含：

接收输入信号；

使用第一本地振荡器信号以及第二本地振荡器信号切换该输入信号，其中，该第二本地振荡器信号的频率为该第一本地振荡器信号的频率的二倍，其中，该输入信号在该第二本地振荡器的过渡时发生该切换，以及其中该第一本地振荡器信号以及该第二本地振荡器信号合并，以形成已合并第一本地振荡器第二本地振荡器切换信号；

该切换结构等效于将一有效本地振荡器信号作用于该输入信号，其中，该有效本地振荡器信号在一时间周期内，切换该输入信号，该第一本地振荡器信号在该时间周期内为稳定状态。

9.如权利要求8所述的上变频信号的方法，其特征在于进一步包含：当该输入信号由该第二本地振荡器信号舍弃时，使用该第一本地振荡器信号切换该输入信号。

10.一种上变频器结构，具有无源混频器，包含：

频率源，配置为产生一本地振荡器信号，该本地振荡器信号的频率为一预设本地振荡器信号频率的二倍；

分频器，配置为接收该本地振荡器信号，其中该本地振荡器信号的频率为该预设本地振荡器信号频率的二倍；

无源混频器，配置为接收该本地振荡器信号以及该预设本地振荡器信号，以及配置为在该本地振荡器信号过渡时，切换输入射频信号，以及

其中该本地振荡器信号以及该预设本地振荡器信号合并，以形成已合并第一本地振荡器第二本地振荡器切换信号，以及其中由该分频器导致的噪声被该无源混频器抑制。

11.如权利要求10所述的上变频器结构，其特征在于进一步包含同相输入信号以及正交相输入信号，其中，该同相输入信号以及该正交相输入信号提供给该无源混频器，其中，该无源混频器将该同相输入信号与该正交相输入信号隔离。

Images