CN104205652B - 用于混频器的改良型本地振荡器(lo)驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明示出了—种用于混频器的改良型本地振荡器(LO)驱动电路，该LO驱动电路包括对应于在预定LO频率范围内响应LO输入信号的增益电路。至少第一对电阻和电容的并联组合耦合到所述增益电路和混频器的LO输入。所述电阻配置为在频率范围的低频处增加阻抗，电容配置为通过减小所述第一并联组合在频率范围的高频处的阻抗来减小电阻的阻抗。至少第二对低品质电感器和高品质电感器的并联组合连接至该第—对。与第一对串联组合的第二对经调谐以在该预定LO频率范围内在该混频器的LO输入处提供一恒定的期望负载阻抗和恒定的期望电压振幅。
Description
相关申请
根据35U.S.C.§§119,120,363,365,和37C.F，R.§1.55和§1.78，本申请请求2012年2月10日提交的申请号为61/633,415的美国临时申请案的权益及优先权，该美国临时申请以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于混频器的改良型本地振荡器(LO)驱动电路。
背景技术
混频器通常用于射频(RF)系统及微波系统中以将RF信号降频转换或升频转换为中频(IF)信号。以引用方式并入本文的7,880,557号美国专利揭示可利用实现混合平衡-不平衡转换器的双平衡混频器；以引用方式并入本文的5,060,208号美国专利揭示可采用有源分布元件的平衡-不平衡转换器的单体式双平衡混频器；以引用方式并入本文的6,653,885号美国专利教导具有平衡-不平衡转换器电路的片上集成混频器；以引用方式并入本文的5,361,409号美国专利揭示需要低本地振荡器功率水平及高三阶拦截的场效应晶体管(FET)混频器；以引用方式并入本文的7,580,693号美国专利教导无源反射混频器，例如利用FET的单平衡、双平衡或三平衡混频器。
有源混频器通常依赖于模拟电路来产生IF信号，而无源混频器通常利用开关晶体管来形成IF信号。
在任一情形中，可籍由用LO驱动电路将本地振荡器(LO)信号注入至混频器中来达成IF频率。LO驱动电路需要在到混频器的LO输入处提供足够大的恒定的峰到峰电压振幅，以获得良好的高三阶拦截点(IP3)及转换增益。使用传统的LO驱动电路难以在宽频率范围内达到LO输入处大的恒定峰到峰电压振幅。为了维持所需的峰到峰电压振幅，传统LO驱动电路通常电感性地装载与D-Q电阻器串联的一对电感器或中心分接的变压器来定义低频增益和总带宽。然而，当输入频率增加时，与开关装置和电感器相关联的寄生现象降低了LO驱动电路的输出阻抗和对应的峰到峰增益。因此，当LO频率增加时，传统的LO驱动电路会在至混频器的LO输入处存在电压的不良振幅表现。此外，当至混频器的LO输入处电压振幅随频率改变时，传统的无源混频器通常依赖于对于每一个频率改变混频器的控制电压来获得最佳IP3和转换增益。这一技术复杂而且需要与用户的互动。
发明内容
在一方面，以一种用于混频器的改良型本地振荡器(LO)驱动电路为特征。该LO驱动电路包括：增益电路，响应于对在预定LO频率范围的LO输入信号的响应，至少第一对电阻器和电容器的并联组合，其耦合到所述增益电路和所述混频器的LO输入，所述电阻器配置为在频率范围的低频处增加阻抗，所述电容器配置为在频率范围的高频处减小所述第一并联组合的阻抗；以及至少第二对低品质电感器和高品质电感器的并联组合，其连接至所述第一对，与所述第一对串联组合的所述第二对经调谐以在所述预定LO频率范围内在所述混频器的LO输入处提供恒定的期望负载阻抗和恒定的期望电压振幅。
在一个实施例中，所述第二对中的每一个低品质电感器可以具有预定的电感和预定的寄生现象。所述第二对的低品质电感器彼此电感耦合。第二对中的每一个高品质电感器可以具有预定的电感和预定的寄生现象。所述第二对中的高品质电感器彼此电感耦合。所述第一对中的每一个电容可以具有预定的电容和预定的寄生现象。该LO驱动电路可以包括与每一个低品质电感器串联连接的电阻器，经调谐提供恒定的期望负载阻抗和恒定的电压振幅。该电阻器可以具有预定电阻和预定寄生现象。该预定LO频率范围可以包含介于大约400MHz至大约10GHz范围内的频率范围。该预定LO范围可以包括介于600MHz至大约3.5GHz的频率范围。该恒定的期望电压振幅可包含介于大约1V至大约3V范围内的单端峰到峰电压。
在另一方面，以一种用于混频器的改良型本地振荡器(LO)驱动电路为特征。该驱动电路包括：增益电路，响应于在预定LO频率范围的LO输入信号，至少第一对电阻器和电容器的并联组合，其耦合到所述增益电路和所述混频器的LO输入，所述电阻器配置为在频率范围的低频处增加阻抗，所述电容器配置为在频率范围的高频处减小所述并联组合的阻抗；以及至少第二对与低品质电感器及电阻器的串联组合并联连接的高品质电感器的并联组合，其连接至所述第一对，与所述第一对串联组合的所述第二对经调谐以在所述预定LO频率范围内在所述混频器的LO输入处提供恒定的期望负载阻抗和恒定的期望电压振幅。
在一个实施例中，所述第二对中的每一个低品质电感器具有预定的电感和预定的寄生现象。所述第二对的低品质电感器彼此电感耦合。第二对中的每一个高品质电感器可以具有预定的电感和预定的寄生现象。所述第二对中的高品质电感器彼此电感耦合。所述第一对中的每一个电容可以具有预定的电容和预先设定的寄生现象。该电阻器可以具有预定电阻和预定寄生现象。该预定LO频率范围可以包含介于大约400MHz至大约10GHz范围内的频率范围。该预定LO范围可以包括介于600MHz至大约3.5GHz的频率范围。该恒定的期望电压振幅可包含介于大约1V至大约3V范围内的单端峰到峰电压。
但是，在其他实施例中，本发明未必达成所有此目标，并且本发明权利要求的范围不应限于能够达到此目标的结构和方法。
附图说明
对于本领域技术人员来说，依据一较佳实施例的以下阐述和附图，其他目标目标、特征和优点也是可以想到的，附图包括：
图1为连接到混频器的传统电阻负载LO驱动电路的电路图；
图2描述了图1所示的LO驱动电路在预定LO频率范围内的负载阻抗表现；
图3为具有经调谐用于较低频带的串联连接的低品质负载电感与负载电阻的传统LO驱动电路的电路图；
图4描述了图3所示的LO驱动电路在预定LO频率范围内的负载阻抗表现；
图5为装载有经调谐用于较高频带的高品质负载电感的传统用LO驱动电路的电路图；
图6描述了图5所示的LO驱动电路在预定LO频率范围内的负载阻抗表现；
图7描述了并联高品质负载电感、并联低品质负载电感及其组合在预定LO频率范围内的负载阻抗表现；
图8为用于本发明的混频器的改良型LO驱动电路的一个实施例的电路图；
图9描述了图8所示的LO驱动电路在预定LO频率范围内的负载阻抗表现的一项实例；
图10为进一步详细显示图9所示LO驱动电路的主要组件，并且显示连接至图8所示每一个低品质电感器的负载电阻的实例的电路图；
图11为显示根据本发明的一个实施例连接至FET混频器的图10所示LO驱动电路的电路图；
图12为显示图8至图11中的一个或多个所示的LO驱动电路的集成电路布局的一项实例的示意图。
具体实施方式
除下文所揭示的较佳实施例或若干较佳实施例以外，本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。因此，应理解本发明在其应用发明并不限于以下说明中所陈述或图示中所图解说明的构造细节和组件配置。如果本文中仅阐述一项实施例，本发明的权利要求范围不应限于该实施例。此外，除非存在清楚且令人信服的证据证明一特定排除、限制或免责声明，否则不应该限制性的阅读本发明的权利要求。
如上文背景技术部分所述，混频器10(图1，例如，宽带混频器或类似类型的混频器)通常用于RF系统以及微波系统中，以将在输入12及14处所接收的RF信号降频转换或升频转换为输出16和18处的IF信号。可籍由使用将LO输入22和24处的信号输入至混频器10的LO驱动电路来形成IF信号。传统LO驱动电路20包含响应于28处的负相位LO输入信号INN及30处正相位LO输入信号INP的增益电路26。例如，如所显示的，LO驱动电路20以电阻方式装载有如所显示连接至增益电路26和LO输入22及24的电阻RDC-32与电容CP-34以及电阻RDC-36与电容CP-38的并联组合。如背景技术部分中所述，LO驱动电路需要在LO驱动电路20的LO操作频率范围内在至混频器10的LO输入22及24处提供足够大的恒定峰到峰电压振幅。然而，当至LO驱动电路20的输入频率增加时，包括寄生电容、寄生电感、寄生耦合及寄生电阻等的寄生现象(本文中称为与LO驱动电路的各种组件(例如，FET27及29)相关联的“寄生现象”)增加及减小LO驱动电路20的负载阻抗。图表39(图2)显示在大约f1-36至f2-38之间的预定LO频率范围内LO驱动电路20减小的负载阻抗特性的实例。在一个实例中，f1-36可在大约400MHz的频率处且f2-38可在大约10GHz的频率处。在另一实例中，f1-36可在大约700MHz的频率处且f2-38可在大约3.5GHz的频率处。也可以使用其他频率范围。如由图表39所示，当LO输入频率增加时LO驱动电路20的负载阻抗显著减小。因此，在较高频率处，LO驱动电路20无法在LO输入22和24处提供所需的峰到峰电压振幅。图表40显示在f1-36和f2-38之间的预定LO频率范围内LO驱动电路所需的期望恒定阻抗特性的一项实例。
为改良较低频率(例如频率f1-36或类似低频)处的阻抗特性，传统LO驱动电路20′(图3，其中已赋予相似部件相似编号)可以电感方式装载有分别与D-Q电阻RLQ-46、RLQ-48串联连接的一对低品质电感器LLQ-42与LLQ-44或中心分接变压器或平衡-不平衡转换器，以定义LO驱动电路20″的低频增益及总带宽。如本文中所使用的，低品质电感器具有多于高品质电感器的寄生现象。类似于上文所述，与LO驱动电路20′相关联的寄生现象(例如，与开关装置27与29以及低品质电感LLQ-42与LLQ-44相关联的寄生现象)产生图表50(图4，其中已赋予相似部件相似编号)中所示的阻抗特性。可以看到，阻抗特性在接近f1-36的较低频率处得到改良，但在接近f2-38的较高频率处显著降低。
为改善较高频率(例如频率f2-38或类似高频)处的阻抗特性，传统LO驱动电路20″(图5，其中已赋予相似部件相似编号)可以以电感方式装载有连接至增益电路26以及LO输入22及24的一对高品质电感器LLQ-60与LLQ-62或中心分接变压器或平衡-不平衡转换器。与LO驱动电路20″相关联的寄生现象(例如，开关装置27和29以及高品质电感器LLQ-60与LLQ-62的寄生现象)产生图表64(图6，其中已赋予相似部件相似编号)中所示的输出阻抗特性。可以看到，阻抗特性在接近f2-38的较高频率处得到改良，但在接近f1-36的较低频率处显著降低。
本发明人认识到，若在LO驱动电路中低品质电感器与高品质电感器并联连接，则所得阻抗将是低品质电感器与高品质电感器的阻抗的串联组合。图表66(图7)显示表示低品质电感器阻抗的阻抗特性的图表68与表示高品质电感器阻抗的阻抗特性的图表69的组合的一个实例。
用于本发明的一项实施例的混频器的改良型LO驱动电路70(图8，其中已赋予相似部件相似编号)包含响应于74处的输入信号INN和76处的输入信号INP的增益电路72。增益电路72可类似于上文参考图1、图3及图5所论述的增益电路26或者可具有本领域技术人员已知的任何类型的设计。在一项实例中，增益电路72响应具有大约400MHz(例如，图9，f1-88处所指示)至大约10GHz(f2-90处所指示)的范围内的预定LO频率范围的INN-74、INP-76处的输入信号。LO驱动电路70(图8)也包括耦合至增益电路72和混频器10的LO输入20、22的至少第一对78的电阻RDC-80与电容CP-82以及电阻RDC-84与电容CP-86的并联组合。电阻RDC-80、RDC-84配置为在(例如接近f1-88，图9)的低频处增加LO驱动电路70的阻抗。电容CP-82、CP-86配置为在(例如接近f2-90)的高频处使各自对应的电阻-电容对短路以减小电阻RDC-80、RDC-84的电阻性阻抗。
LO驱动电路70还包括至少第二对100的低品质电感器LLQ-102与高品质电感器LHQ-104的并联组合以及低品质电感器LLQ-106与高品质电感器LHQ-108的并联组合。如图所示，第二对100连接至第一对78。LHQ-104与LHQ-108可以配置为在107处所示的中心分接变压器或平衡-不平衡转换器。与第一对78串联组合的第二对100经调谐以在预定LO频率范围内在LO输入20、22处提供恒定的期望负载阻抗和信号的期望的恒定电压振幅。该调谐可包括籍由仿真确定LLQ-102、LLQ-106、LHQ-104、LHQ-108、CP-82和CP-86的阻抗及寄生现象以在预定LO频率范围内实现恒定的期望负载阻抗和恒定的期望电压振幅。在一项实例中，LLQ-102和LLQ-106可以具有大约3.7nH的电感和大约82.3Ω的寄生电阻，LHQ-104和LHQ-108可以具有大约5.9nH的电感和大约3.4Ω的寄生电阻，CP-82和CP-86具有大约1pF的电容和大约0.2Ω的寄生电阻，以实现LO驱动电路70的期望阻抗特性，如下文所论述。
图表100(图9)显示在f1-88和f2-90之间的预定LO频率范围内由LO驱动电路70产生的恒定负载阻抗特性的一项实例。图表100由图表102与图表104的组合产生。在此实例中，图表102表示LLQ-102、LHQ-104以及LLQ-106、LHQ-108的并联组合的的电感性负载对(图8)的并联等效的阻抗特性，图表104表示RDC-80、CP-82以及RDC-84、CP-86的对78的阻抗特性。因此，LO驱动电路
LO驱动电路70′(图10，其中相似部件包含相似编号)类似于LO驱动电路70(图8)，除了此实例，LO驱动电路70′(图10)包含如图所示的与低品质电感器LLQ-102串联连接的电阻RLQ-120以及与低品质电感器LLQ-106串联连接的电阻RLQ-122，以提供由曲线102(图9)所示的负载阻抗特性。在此实例中，使用RLQ-120和RLQ-122的电阻代替LLQ-102和LLQ-106的寄生电阻，如上文参考图8所述。在此实例中，RLQ-120和RLQ-122可各自具有大约75Ω的电阻，LLQ-102和LLQ-106具有与上文所述相同的电感(3.7nH)但具有大约7.30Ω的寄生电阻。
在此实例中，LO驱动电路70包含具有如图所示的设计的增益电路72。增益电路72的其他设计是已知的。LLQ-102、LLQ-106、LHQ-104、LHQ-108、CP-82和CP-86的寄生电容指示为CPAR。
在一项实例中，混频器10(图11，其中已赋予相似部件相似编号)配置为如图所示的FET混频器。
图12(其中已赋予相似部件相似编号)显示LO驱动电路70的主要组件(例如，LLQ-102、LLQ-106、LHQ-104、LHQ-108、增益电路72和混频器10)的一个示例性集成电路布局。
虽然本发明的特定特征在某些图示中示出而在其他图示中未示出，但这只是为了方便起见，每一个特征可以与根据本发明的其他特征中的任何或所有特征组合。如本文中所使用的措辞“包含(including)”、“包括(comprising)”、“含有(having)”以及“具有(with)”应广义和全面的理解而不限于任何实体互连。此外，本申请所揭示的任何实施例不应看作仅有的可能实施例。
此外，在此专利的专利申请的审查期间递交的任何修改并非放弃在申请日提交的本申请中呈现的任何权利要求范围：本领域技术人员无法合理预期的起草字面意义上包括所有可能的等效物的权利要求，诸多等效物在修改时是不可预见的，并且是超出提交的内容(如果有的话)的公允解释，作为修改的基础的理念与诸多等效物的关系不可以脱离主题，和/或在无法预期申请人阐述用于修改的任何申请专利范围要素的特定非实质性替代物的诸多其他原因。
本领域技术人员可以想到在权利要求范围内的其他实施例。
Claims (21)
1.一种用于混频器的改良型本地振荡器LO驱动电路，该LO驱动电路包括：
增益电路，响应于对在预定LO频率范围的LO输入信号的响应；
至少第一对电阻器和电容器的并联组合，其耦合到所述增益电路和所述混频器的LO输入，所述电阻器配置为在频率范围的低频处增加阻抗，所述电容器配置为在频率范围的高频处减小所述第一并联组合的阻抗；以及
至少第二对低品质电感器和高品质电感器的并联组合，其与所述第一对串联连接，所述第二对与所述第一对经调谐以在所述预定LO频率范围内在所述混频器的LO输入处提供恒定的期望负载阻抗和恒定的期望电压振幅。
2.如权利要求1所述的LO驱动电路，其中所述第二对的每个低品质电感器具有预定电感和预定寄生现象。
3.如权利要求1所述的LO驱动电路，其中所述第二对的低品质电感器彼此电感耦合。
4.如权利要求1所述的LO驱动电路，其中所述第二对的每个高品质电感器具有预定电感和预定寄生现象。
5.如权利要求1所述的LO驱动电路，其中所述第二对的高品质电感器彼此电感耦合。
6.如权利要求1所述的LO驱动电路，其中所述第一对的每个电容器具有预定电容和预定寄生现象。
7.如权利要求1所述的LO驱动电路，进一步包括与每一个低品质电感器串联连接的电阻器，经调谐提供恒定的期望负载阻抗和恒定的期望电压振幅。
8.如权利要求7所述的LO驱动电路，所述电阻器具有预定电阻和预定寄生现象。
9.如权利要求1所述的LO驱动电路，其中所述预定LO频率范围包含介于大约400MHz至大约10GHz范围内的频率范围。
10.如权利要求1所述的LO驱动电路，其中所述预定LO范围包括介于600MHz至大约3.5GHz的频率范围。
11.如权利要求1所述的LO驱动电路，所述恒定的期望电压振隔包含介于大约0.5V至大约3V范围内的单端峰到峰电压。
12.一种用于混频器的改良型本地振荡器LO驱动电路，该LO驱动电路包括：
增益电路，响应于在预定LO频率范围的LO输入信号；
至少第一对电阻器和电容器的并联组合，其耦合到所述增益电路和所述混频器的LO输入，所述电阻器配置为在频率范围的低频处增加阻抗，所述电容器配置为在频率范围的高频处减小所述并联组合的阻抗；以及
至少第二对与低品质电感器及电阻器的串联组合并联连接的高品质电感器的并联组合，其与所述第一对串联连接，所述第二对与所述第一对经调谐以在所述预定LO频率范围内在所述混频器的LO输入处提供恒定的期望负载阻抗和恒定的期望电压振幅。
13.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述第二对的每个低品质电感器具有预定电感和预定寄生现象。
14.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述第二对的低品质电感器彼此电感耦合。
15.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述第二对的每个高品质电感器具有预定电感和预定寄生现象。
16.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述第二对的高品质电感器彼此电感耦合。
17.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述第一对的每个电容器具有预定电容和预定寄生现象。
18.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述电阻器具有预定电阻和预定寄生现象。
19.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述预定LO频率范围包含介于大约400MHz至大约10GHz范围内的频率范围。
20.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述预定LO频率范围包括介于大约600MHz至大约3.5GHz的频率范围。
21.如权利要求12所述的LO驱动电路，其中所述恒定的期望电压振幅包含介于大约0.5V至大约3V范围内的单端峰到峰电压。
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