CN103888110B - 射频本振信号的多选一电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频本振信号的多选一电路，包括依次连接的限幅有源负载电路、第二差分开关电路，所述第二差分开关电路并联有多组带使能的第一差分电流开关电路和一有源负载电路。本发明可以实现多路本振信号选择一路的功能。多路本振的差分信号经过带使能的第一差分电流开关电路转换为同频率的开关电流信号，通过输出并联实现电流求和，求和的电流经过有源负载电路转换为电压信号，再通过第二差分电流开关电路转换为电流信号，再通过限幅有源负载电路转换为限幅的差分本振信号。本发明实现了多路本振信号的多选一功能，且具备限幅能力，可提供合适幅度的接收本振和发射本振信号。

Description

射频本振信号的多选一电路

技术领域

本发明涉及一种射频本振信号的多选一电路，特别针对多频段射频集成电路中已经产生的多路本振信号的多选一问题。

背景技术

随无线电子产品市场的推动，射频集成电路在近些年发展越来越快，多模/多频射频集成电路成为业界的一项重要需求。射频集成电路通常包含多个模块电路，低噪声放大器、混频器、滤波器、锁相环、频率综合器等模块电路都是射频集成电路的重要组成部分。

多模/多频射频集成电路的一个显著特点是可以收发不同频率的RF信号，这就要求收发机芯片中集成不同的本振信号源，可以由多个压控振荡器产生，也可通过分频等形式产生，为了节省收发通道的复杂程度，一般收发通道只集成一路上/下变频器，因此客观上需要解决从多个本振信号中选一路的问题。

对于低频或数字信号，多路选一路的电路或逻辑运算并不复杂，低频模拟信号可以通过MOS的开关特性实现，数字电路可以通过传输门/布尔运算实现，但是对于射频本振来说，这样的的电路形式不适合高频信号的处理，需要重新设计一种多选一的电路实现方式。

射频电路的多选一电路需要解决几个问题：输入本振通路最少2路，最好可以扩充到3路以上；为了减少本振的缓冲电路，输出的幅度和直流电平最好合适；电路复杂度和功耗的尽可能低。

射频电路的多选一电路还需要解决的一个重要问题是射频信号隔离度的问题，射频信号在集成电路中很难实现理想的开关特性，多选一电路选取一路的时候，必须降低其他非选通支路对输出的耦合，提高通道间的隔离度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种射频本振信号的多选一电路，实现了射频本振信号多选一的功能，同时对输出本振信号限幅，并具备一定的驱动能力。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种射频本振信号的多选一电路，包括依次连接的限幅有源负载电路、第二差分开关电路，所述第二差分开关电路并联有多组带使能的第一差分电流开关电路和一有源负载电路，所述第一差分电流开关电路包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管和第六NMOS管，所述第三NMOS管、第四NMOS管处于开关工作状态，其漏极输出的电流经过第五NMOS管和第六NMOS管连接到输出端，第三NMOS管、第四NMOS管的源极相连，所述第二NMOS管提供第三NMOS管、第四NMOS管差分对的尾电流，所述第一NMOS管与第二NMOS管组成电流镜电路。

进一步的，所述有源负载电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第一电阻、第二电阻，第一电阻、第二电阻并联在两个输出端，第一PMOS管、第二PMOS管为共源放大的形式，栅极都连接在第一电阻、第二电阻中间的抽头上，电阻中间的抽头连接到等效为电容的第三PMOS管的栅极上。

进一步的，所述第二差分电流开关电路包括第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管和第十NMOS管，所述第九NMOS管和第十NMOS管处于开关工作状态，其漏极直接作为输出端，第九NMOS管和第十NMOS管的源极相连，所述第八NMOS管提供第九NMOS管、第十NMOS管差分对的尾电流，所述第七NMOS管与第八NMOS管组成电流镜电路。

进一步的，所述限幅有源负载电路包括第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管和第三电阻、第四电阻；第三电阻、第四电阻并联在第四PMOS管、第五PMOS管输出端；第四PMOS管、第五PMOS管连接为共源放大的形式，栅极都连接在第三电阻、第四电阻中间的抽头上。

优选的，所述限幅有源负载电路输出端之间，所述第六PMOS管、第七PMOS管等效为正接和反接的两个二极管。

本发明的有益效果是:

1、本发明可以实现多路本振信号选择一路的功能。多路本振的差分信号经过带使能的第一差分电流开关电路转换为同频率的开关电流信号，通过输出并联实现电流求和，求和的电流经过有源负载电路转换为电压信号，再通过第二差分电流开关电路转换为电流信号，再通过限幅有源负载电路转换为限幅的差分本振信号。本发明实现了多路本振信号的多选一功能，且具备限幅能力，可提供合适幅度的接收本振和发射本振信号。

2、带使能的第一差分电流开关电路的输入NMOS管处于开关工作状态，由于采用了栅极输入，输入阻抗大且开关特性明显，输入NMOS管漏极输出的电流经过开关NMOS管连接到输出端，开关NMOS管在使能时呈共栅传输特性，具有输入阻抗低，带宽高的特点，增加了输入和输出的隔离度。

3、有源负载电路主要用来降低输出端共模电压的抖动，提高输出信号的质量。

4、第二差分电流开关电路是带使能的第一差分电流开关电路的简化，该电路需要输出较大的信号摆幅，这种简单的差分开关电路具备较大的输出摆幅和较好的频率响应。

5、限幅有源负载电路在输出的两个节点间，增加正接和反接两个等效为二极管的PMOS管，两个等效二极管对输出电压进行限幅，使输出单路的Vpp保持在0.7V左右，对应50欧姆阻抗功率为0-1dBm，正是上下变频器需要的最佳幅度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

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为一种射频本振信号的多选一电路图；

图2为第一差分电流开关电路；

图3为有源负载电路；

图4为第二差分电流开关电路；

图5为限幅有源负载电路。

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。

参照图1所示，一种射频本振信号的多选一电路，包括依次连接的限幅有源负载电路4、第二差分开关电路3，所述第二差分开关电路3并联有多组带使能的第一差分电流开关电路1和一有源负载电路2。

参照图2所示，带使能的第一差分电流开关电路1的输入NMOS管N3、N4处于开关工作状态，N3、N4的源极相连。为了提高开关性能，需选择较小的栅长和适合的栅宽，过大的栅面积会导致栅电容过大而隔离度下降，为了降低衬底干扰，可以选用深N井的NMOS器件。N5、N6在使能时呈共栅传输特性，为降低其沟道的串联电阻，需要增加其W/L参数，同样采用深N井的NMOS，为了降低其等效输入电阻，与使能端的反相器或者其他门电路的驱动尽可能选择驱动能力强的型号。N2提供N3、N4差分对的尾电流，N1与N2组成电流镜电路。

参照图3所示，有源负载电路2包含三个PMOS管P1、P2、P3，两个电阻R1、R2，两个电阻R1、R2并联在P1、P2两个输出端，两个PMOS连接为共源放大的形式，由于该负载需要驱动数个差分电流开关的输出，因此可以选用较大的尺寸的PMOS。两个电阻作为电压转换的关键器件，阻值约在几K到几十K欧姆之间。两个电阻中间的抽头连接到等效为电容的P3应用不违反DRC规则的大尺寸MOS，例如可以采用数个10um*10um的PMOS并联实现，P3的引入对输出信号质量的改善较明显。

参照图4所示，第二差分电流开关电路3是带使能的第一差分电流开关电路的简化，仅减少EN使能控制的两个NMOS，输入NMOS管N9、N10处于开关工作状态，其漏极直接作为输出端，N9、N10的源极相连，N8提供N9、N10差分对的尾电流，N7与N8组成电流镜电路。而且尾流管N8比第一差分电流开关电路要提供更大的电流，这样可以保证无论是GHz还是百MHz都能保持足够的摆幅，并且有足够的驱动能力，可以直接驱动下级上下变频器的本振输入。

参照图5所示，限幅有源负载电路4，两个电阻R3、R4并联在两个PMOS管P4、P5输出端， P4、P5连接为共源放大的形式，栅极都连接在两个电阻R3、R4中间的抽头上。两个电阻R3、R4的阻值与驱动它的第二差分电流开关电路3的输出电流匹配，在输出的两个节点间，增加正接和反接两个等效为二极管的PMOS管，两个MOS栅极漏极相连等效为二极管的P极，衬底和源相连等效为二极管的N级，两个等效二极管对输出电压进行限幅，使输出单路的Vpp比PMOS的阈值电压稍大，约0.7V左右，对应50欧姆阻抗功率为0~1dBm，等效二极管的两个PMOS的尺寸不能过大，较大的尺寸对应较大的栅电容，可能引起高频幅度的衰减，具体可以通过计算和仿真确定该参数。

本发明涉及一种射频本振信号的多选一电路，宽带或多模射频电路中需要多个频率的本振信号LO，一般由多个通道提供，而接收RX或发射TX通路只需要一路本振信号，采用本发明可以实现多路本振信号选择一路的功能。其特征在于，多路本振的差分信号经过带使能的第一差分电流开关电路1转换为同频率的开关电流信号，通过输出并联实现电流求和，求和的电流经过有源负载2转换为电压信号，再通过第二差分电流开关电路3转换为电流信号，再通过限幅的有源负载4转换为限幅的差分本振信号。本发明实现了多路本振信号的多选一功能，且具备限幅能力，可提供合适幅度的接收本振RX_LO和发射本振TX_LO信号。

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 (5)

1.一种射频本振信号的多选一电路，其特征在于：包括依次连接的限幅有源负载电路（4）、第二差分开关电路（3），所述第二差分开关电路（3）并联有多组带使能的第一差分电流开关电路（1）和一有源负载电路（2），所述第一差分电流开关电路（1）包括第一NMOS管（N1）、第二NMOS管（N2）、第三NMOS管（N3）、第四NMOS管（N4）、第五NMOS管（N5）和第六NMOS管（N6），所述第三NMOS管（N3）、第四NMOS管（N4）处于开关工作状态，其漏极输出的电流经过第五NMOS管（N5）和第六NMOS管（N6）连接到输出端，第三NMOS管（N3）、第四NMOS管（N4）的源极相连，所述第二NMOS管（N2）提供第三NMOS管（N3）、第四NMOS管（N4）差分对的尾电流，所述第一NMOS管（N1）与第二NMOS管（N2）组成电流镜电路。

2.根据权利要求1所述的多选一电路，其特征在于：所述有源负载电路（2）包括第一PMOS管（P1）、第二PMOS管（P2）、第三PMOS管（P3）和第一电阻（R1）、第二电阻（R2），第一电阻（R1）、第二电阻（R2）并联在两个输出端，第一PMOS管（P1）、第二PMOS管（P2）为共源放大的形式，栅极都连接在第一电阻（R1）、第二电阻（R2）中间的抽头上，电阻中间的抽头连接到等效为电容的第三PMOS管（P3）的栅极上。

3.根据权利要求1所述的多选一电路，其特征在于：所述第二差分电流开关电路（3）包括第七NMOS管（N7）、第八NMOS管（N8）、第九NMOS管（N9）和第十NMOS管（N10），所述第九NMOS管（N9）和第十NMOS管（N10）处于开关工作状态，其漏极直接作为输出端，第九NMOS管（N9）和第十NMOS管（N10）的源极相连，所述第八NMOS管（N8）提供第九NMOS管（N9）、第十NMOS管（N10）差分对的尾电流，所述第七NMOS管（N7）与第八NMOS管（N8）组成电流镜电路。

4.根据权利要求1所述的多选一电路，其特征在于：所述限幅有源负载电路（4）包括第四PMOS管（P4）、第五PMOS管（P5）、第六PMOS管（P6）、第七PMOS管（P7）和第三电阻（R3）、第四电阻（R4）；第三电阻（R3）、第四电阻（R4）并联在第四PMOS管（P4）、第五PMOS管（P5）输出端；第四PMOS管（P4）、第五PMOS管（P5）连接为共源放大的形式，栅极都连接在第三电阻（R3）、第四电阻（R4）中间的抽头上。

5.根据权利要求4所述的多选一电路，其特征在于：所述限幅有源负载电路（4）输出端之间，所述第六PMOS管（P6）、第七PMOS管（P7）等效为正接和反接的两个二极管。