CN104467680A

CN104467680A - 一种电力线载波调制解调的混频电路及解调模块

Info

Publication number: CN104467680A
Application number: CN201310420753.3A
Authority: CN
Inventors: 王建安
Original assignee: SHENZHEN KAIRUI INFORMATION ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN KAIRUI INFORMATION ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2015-03-25

Abstract

一种电力线载波调制解调的混频电路，由第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4，第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10、电流源IS，第一电流源IS1和第二电流源IS2及偏置电压源Vbias1组成。在传统的Gilbert吉尔伯特混频器电路的基础上对开关管引入了电流源，减弱了噪声，而转换增益指标没有因此恶化。

Description

一种电力线载波调制解调的混频电路及解调模块

技术领域

本发明属于通信技术领域，主要是涉及一种兼容于标准CMOS工艺，用于电力线载波调制解调系统前端的混频电路。

背景技术

电力线通信（Power Line Communication，PLC）就是利用已有的几乎无所不在的电力线作为通信载体，在不需要重新布线的基础上，在现有的电力线上实现信息的传输。该技术是把载有信息的高频信号加载于电力线上，然后用电力线传输，接收信息的调制解调器再把信号从杂乱的信息中分离出来，以实现信息的传递。而在电力线载波调制解调系统中，混频器是一个非常关键的核心电路模块，它的工艺兼容性，它的噪声，线性度，转换增益等性能指标对电力线载波系统的性能具有重要的影响。因此，混频电路的设计是电力线载波调制解调的关键技术之一。

混频器分为有源混频器和无源混频器两种。有源混频器一般采用Gilbert（吉尔伯特）混频器的拓扑结构，如图1所示。由MOS管M1和M2，M3和M4，M5和M6以及电阻R1和R2组成的对称结构。其连接关系为：差分射频信号RF+、RF-分别从MOS管M1和M2的栅极输入，MOS管M1和M2的源极连接到恒流源IS上，MOS管M1的漏极接到MOS管M3和M4的源极上，MOS管M2的漏极接到MOS管M5和M6的源极上，MOS管M3的漏极和MOS管M5的漏极接到电阻R1上，MOS管M4的漏极和MOS管M6的漏极接到电阻R2上，差分本振信号LO+接到MOS管M3和M6的栅极上，差分本振信号LO-接到MOS管M4和M5的栅极上，电阻R1和R2接到电源VDD上，从而构成一个传统的Gilbert（吉尔伯特）混频器结构。Gilbert混频器的工作原理如下：MOS管M1和M2组成的跨导器将射频电压信号转换为电流信号，而MOS管M3、M4、M5、M6用作开关，开关的打开和关闭由本振信号LO+，LO-控制，使得流经电阻R1和R2的电流的频率是射频信号和本振信号的差频与和频，从而完成了频率转换的功能。

如图1的混频器最大的优点是它有较高的转换增益，但是，它也有一些固有的缺陷，比如噪声比较差，线性度不是很高。如果混频器的噪声太大，就会严重影响电力线载波调制解调系统的噪声性能，从而降低电力线载波调制解调系统的接收灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提出了一种适合于电力线载波调制解调系统特点的混频电路，在满足电力线载波调制解调系统特性的基础上兼容现有的标准数字CMOS工艺。

一种电力线载波调制解调的混频电路，电力线耦合进来的模拟信号SI从第一MOS管和第二MOS管的栅极输入，第一MOS管和第二MOS管的源极分别与电流源连接，第一MOS管的漏极接到第三MOS管和第六MOS管的源极上，第二MOS管的漏极接到第四MOS管和第五MOS管的源极上，第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极接到第七MOS管的漏极上，第五MOS管的漏极和第六MOS管的漏极接到第八MOS管的漏极上，第八MOS管的漏极与其栅极相连，第七MOS管和第八MOS管的源极与电源相连，第七MOS管的漏极接到第九MOS管的栅极，第八MOS管的漏极接到第十MOS管的栅极，第九MOS管的漏极与电源相连，第九MOS管的源极与第十MOS管的漏极相连，第十MOS管的源极为输出端；

差分本振信号LO+通过第一电阻与第一电容的负向端连接，第一电容的正向端与第三MOS管和第四MOS管的栅极连接；差分本振信号LO-通过第二电阻与第二电容的负向端连接，第二电容的正向端与第五MOS管和第六MOS管的栅极连接；第一电容的正向端与第二电容的负相端连接，第二电容的正向端与第一电容的负向端连接，偏置电源所产生的第一偏置电压源与第三MOS管和第四MOS管的栅极连接；第二偏置电压源与第五MOS管和第六MOS管的栅极连接，第三偏置电压源与第二MOS管的栅极连接；第四偏置电压源与第九MOS管的源极连接；第一电流源注入到第一MOS管的漏极，第二电流源注入到第二MOS管的漏极。

所述的第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，第五MOS管、第六MOS管、第九MOS管和第十MOS管为NMOS管；第七MOS管和第八MOS管为PMOS管。

所说第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第九MOS管和第十MOS管的栅极分别接有源偏置电路。

一种基于电力线载波调制解调的混频电路的解调模块，它通过耦合装置耦合进来的电力线上的信号SI 与电力线调制解调电路产生的本振信号LO+、LO-，通过混频电路，产生中频信号FLT，FLT信号通过低通滤波电路滤除带外的干扰和噪声，后经限幅放大电路限幅放大处理后，再通过数字下变频电路将中频信号转换为低频信号；该低频信号经同步捕获电路进行同步捕获；当通信系统同步后，经过功率检测电路、同步解扩电路和差分解码电路恢复出通信系统所传输的原始信号，该原始信号在同步信号下降沿的作用下将差分解码出的信号传输给单片机。

本发明公开了用于电力线载波调制解调的混频电路，在传统的Gilbert（吉尔伯特）混频器电路的基础上对开关管引入了电流源，减弱了噪声，而转换增益指标没有因此恶化。具体优点为：

1.本发明具有电路结构简单，兼容现有标准的CMOS工艺；

2.本发明克服了传统Gilbert吉尔伯特混频器开关级噪声的问题；

3.本发明提高了传统Gilbert吉尔伯特混频器的线性度。

附图说明

图1是传统Gilbert吉尔伯特混频器拓扑结构示意图。

图2是本发明结构的Gilbert吉尔伯特混频器电路图。

图3是本发明混频器实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的混频器电路结构如图2所示，由第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4，第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10、电流源IS，第一电流源IS1和第二电流源IS2及偏置电压源Vbias1组成。且第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4，第五MOS管M5、第六MOS管M6、第九MOS管M9和第十MOS管M10为NMOS管；第七MOS管M7和第八MOS管M8为PMOS管。其连接关系为：电力线耦合进来的模拟信号SI从第一MOS管M1和第二MOS管M2的栅极输入，第一MOS管M1和第二MOS管M2的源极分别与电流源IS连接，第一MOS管M1的漏极接到第三MOS管M3和第六MOS管M6的源极上，第二MOS管M2的漏极接到第四MOS管M4和第五MOS管M5的源极上，第三MOS管M3的漏极和第四MOS管M4的漏极接到第七MOS管M7的漏极上，第五MOS管M5的漏极和第六MOS管M6的漏极接到第八MOS管M8的漏极上，第八MOS管M8的漏极与其栅极相连，第七MOS管M7和第八MOS管M8的源极与电源VDD相连，第七MOS管M7的漏极接到第九MOS管M9的栅极，第八MOS管M8的漏极接到第十MOS管M10的栅极，第九MOS管M9的漏极与电源VDD相连，第九MOS管M9的源极与第十MOS管M10的漏极相连，第十MOS管M10的源极为输出端FLT。

差分本振信号LO+通过第一电阻R1与第一电容C1的负向端连接，第一电容C1的正向端与第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极连接；差分本振信号LO-通过第二电阻R2与第二电容C2的负向端连接，第二电容C2的正向端与第五MOS管M5和第六MOS管M6的栅极连接；第一电容C1的正向端与第二电容C2的负相端连接，第二电容C2的正向端与第一电容C1的负向端连接，偏置电源Vbais1所产生的第一偏置电压源BAIS1与第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极连接；第二偏置电压源BAIS2与第五MOS管M5和第六MOS管M6的栅极连接，第三偏置电压源BAIS3与第二MOS管M2的栅极连接；第四偏置电压源BAIS4与第九MOS管M9的源极连接；第一电流源IS1注入到第一MOS管M1的漏极，第二电流源IS2注入到第二MOS管M2的漏极。

本发明混频器电路的核心是在开关级引入第一电流源IS1和第二电流源IS2。采用电流注入降低开关管的静态电流，从而降低开关管的噪声，但驱动的电流仍然保持不变，因此变频增益不会降低。另一方面，为了进一步改进混频电路的线性度，本电路同时引入电阻R3和R4用以提高混频器的线性度。

本发明混频器电路的实施例如图3所示，电力线上载有信息，通过耦合装置5耦合进来的电力线上的信号SI 与电力线调制解调电路产生的本振信号LO+、LO-，通过本发明混频器电路21，产生中频信号FLT，FLT信号通过低通滤波电路22滤除带外的干扰和噪声，后经限幅放大电路23限幅放大处理后，再通过数字下变频电路24将中频信号转换为低频信号；该低频信号经同步捕获电路25进行同步捕获；当通信系统同步后，经过功率检测电路26、同步解扩电路27和差分解码电路恢复出通信系统所传输的原始信号，该原始信号在同步信号下降沿的作用下将差分解码出的信号传输给单片机。

Claims

1.一种电力线载波调制解调的混频电路，其特征在于：电力线耦合进来的模拟信号SI从第一MOS管（M1）和第二MOS管（M2）的栅极输入，第一MOS管（M1）和第二MOS管（M2）的源极分别与电流源（IS）连接，第一MOS管（M1）的漏极接到第三MOS管（M3）和第六MOS管（M6）的源极上，第二MOS管（M2）的漏极接到第四MOS管（M4）和第五MOS管（M5）的源极上，第三MOS管（M3）的漏极和第四MOS管（M4）的漏极接到第七MOS管（M7）的漏极上，第五MOS管（M5）的漏极和第六MOS管（M6）的漏极接到第八MOS管（M8）的漏极上，第八MOS管（M8）的漏极与其栅极相连，第七MOS管（M7）和第八MOS管（M8）的源极与电源（VDD）相连，第七MOS管（M7）的漏极接到第九MOS管（M9）的栅极，第八MOS管（M8）的漏极接到第十MOS管（M10）的栅极，第九MOS管（M9）的漏极与电源（VDD）相连，第九MOS管（M9）的源极与第十MOS管（M10）的漏极相连，第十MOS管（M10）的源极为输出端（FLT）；

差分本振信号LO+通过第一电阻（R1）与第一电容（C1）的负向端连接，第一电容（C1）的正向端与第三MOS管（M3）和第四MOS管（M4）的栅极连接；差分本振信号LO-通过第二电阻（R2）与第二电容（C2）的负向端连接，第二电容（C2）的正向端与第五MOS管（M5）和第六MOS管（M6）的栅极连接；第一电容（C1）的正向端与第二电容（C2）的负相端连接，第二电容（C2）的正向端与第一电容（C1）的负向端连接，偏置电源（Vbais1）所产生的第一偏置电压源（BAIS1）与第三MOS管（M3）和第四MOS管（M4）的栅极连接；第二偏置电压源（BAIS2）与第五MOS管（M5）和第六MOS管（M6）的栅极连接，第三偏置电压源（BAIS3）与第二MOS管（M2）的栅极连接；第四偏置电压源（BAIS4）与第九MOS管（M9）的源极连接；第一电流源（IS1）注入到第一MOS管（M1）的漏极，第二电流源（IS2）注入到第二MOS管（M2）的漏极。

2.根据权利要求1所述的电力线载波调制解调的混频电路，其特征在于：所述的第一MOS管（M1）、第二MOS管（M2）、第三MOS管（M3）、第四MOS管（M4），第五MOS管（M5）、第六MOS管（M6）、第九MOS管（M9）和第十MOS管（M10）为NMOS管；第七MOS管（M7）和第八MOS管（M8）为PMOS管。

3.根据权利要求1所述的电力线载波调制解调的混频电路，其特征在于：所说第二MOS管（M2）、第三MOS管（M3）、第四MOS管（M4）、第五MOS管（M5）、第六MOS管（M6）、第九MOS管（M9）和第十MOS管（M10）的栅极分别接有源偏置电路。

4.一种基于权利要求1-3任一所述电力线载波调制解调的混频电路的解调模块，其特征在于：通过耦合装置耦合进来的电力线上的信号SI与电力线调制解调电路产生的本振信号LO+、LO-，通过混频电路，产生中频信号FLT，FLT信号通过低通滤波电路滤除带外的干扰和噪声，后经限幅放大电路限幅放大处理后，再通过数字下变频电路将中频信号转换为低频信号；该低频信号经同步捕获电路进行同步捕获；当通信系统同步后，经过功率检测电路、同步解扩电路和差分解码电路恢复出通信系统所传输的原始信号，该原始信号在同步信号下降沿的作用下将差分解码出的信号传输给单片机。