CN104935260A

CN104935260A - 一种高增益低噪声混频器

Info

Publication number: CN104935260A
Application number: CN201510307126.8A
Authority: CN
Inventors: 李迪; 柴常春; 王瑜; 石佐辰; 房涛; 刘涛; 麻向平; 杨银堂
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明涉及一种高增益低噪声混频器，包括开关级模块、有源负载模块，开关级模块的共模电压输出端与用于稳定共模电压的共模反馈模块相连接，共模反馈模块的输出端与有源负载模块相连接，有源负载模块的输出端分别连接开关级模块和双电容交叉耦合的跨导级模块，开关级模块还与尾电流源模块相连接，开关级模块采用有源Gilbert双平衡结构。上述技术方案在传统的折叠结构跨导级基础上，通过采用栅极驱动和衬底驱动两种电容交叉耦合方式，有效地提高了等效跨导值，从而在不增加功耗的前提下降低了混频器的噪声系数，提高了增益。有源负载模块的使用提高了混频器的转换增益，共模反馈模块被用来稳定输出点共模电压，提高了混频器的线性度。

Description

一种高增益低噪声混频器

技术领域

本发明涉及混频器领域，具体涉及一种高增益低噪声混频器。

背景技术

随着无线通信市场的快速发展,人们对高集成度、高性能和低成本射频前端的需求愈发迫切，基于CMOS工艺高频段的射频集成前端已然成为新兴的研究热点，混频器作为射频前端的核心电路之一,其电路性能将直接决定射频前端的总体性能。混频器位于低噪声放大器之后，其电路完全工作在射频频段，因此混频器的设计通常需要在增益、线性度、噪声系数、隔离度等性能之间做折衷。传统的有源混频器大多采用基于Gilbert单元的双平衡结构，通过采用折叠跨导级，有源负载等方法提高混频器的端口隔离度，转换增益和线性度，然而，折叠结构和有源负载的引入都会造成混频器噪声性能的下降。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高增益低噪声混频器，其可有效解决上述问题，在实现高增益和良好线性度的同时提高混频器的噪声性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案进行实施：

一种高增益低噪声混频器，其特征在于：包括对本振信号和射频信号进行处理的开关级模块和提高混频器转换增益的有源负载模块，开关级模块的共模电压输出端与用于稳定共模电压的共模反馈模块相连接，共模反馈模块的输出端与有源负载模块相连接，有源负载模块的输出端分别连接开关级模块和双电容交叉耦合的跨导级模块，开关级模块还与尾电流源模块相连接，开关级模块采用有源Gilbert双平衡结构。

详细的方案为：

双电容交叉耦合的跨导级模块包括射频信号输入端点Q、P和晶体管M9、M10，晶体管M9的漏极连接输入端点Q，晶体管M9的栅极分别连接电阻R6和电容C8的一端，晶体管M9的衬底分别连接电阻R4和电容C7的一端，晶体管M9的源极分别连接电容C6、C9的一端、射频正极输入端RF+以及偏置扼流电感L1的一端；晶体管M10的漏极连接输入端点P，晶体管M10的栅极分别连接电阻R7的一端和电容C9的另一端，晶体管M10的衬底分别连接电阻R5的一端和电容C6的另一端，晶体管M10的源极分别连接电容C7、C8的另一端、射频负极输入端RF-和偏置扼流电感L2的一端；电阻R4的另一端分别连接电阻R5的另一端和偏置电压Vb3；偏置电压Vb2分别连接电阻R6、R7的另一端；偏置扼流电感L1、L2的另一端接地。

共模反馈模块包括晶体管M11、M12、M13，晶体管M11的源极接电源电压，晶体管M11的栅极连接偏置电压Vb4，晶体管M11的漏极分别连接晶体管M12、M13的源极；晶体管M12的栅极连接开关级模块输出的共模信号Vcm，晶体管M13的栅极连接参考电压信号Vref，晶体管M12的漏极分别连接晶体管M14的漏极和晶体管M14、M15的栅极；晶体管M13、M15的漏极相连接且接点引出输出端Vcmfb，晶体管M14、M15的源极接地。

有源负载模块包括晶体管M1、M2和电容C5，开关级模块包括晶体管M3、M4、M5、M6，尾电流源模块包括晶体管M7、M8；晶体管M1、M2的源极和电容C5的一端分别连接电源电压；晶体管M1的漏极分别连接晶体管M3、M4的源极和输入端点Q；晶体管M2的漏极分别连接晶体管M5、M6的源极和输入端点P；本振信号正极LO+分别连接晶体管M3、M6的栅极，本振信号负极LO-分别连接晶体管M4、M5的栅极；晶体管M3的漏极分别连接晶体管M5、M7的漏极、电阻R1的一端、中频输出信号正极VIF+以及电容C1、C2的一端；晶体管M6的漏极分别连接晶体管M4、M8的漏极、电容C1的另一端、电容C3的一端、电阻R2的一端以及中频输出信号负极VIF-；偏置电压Vb1分别连接晶体管M7、M8的栅极；电阻R1另一端分别连接电阻R2的另一端、电容R4的一端和共模反馈模块的输入端；共模反馈模块的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电容C5的另一端和晶体管M1、M2的栅极；晶体管M7、M8的源极以及电容C2、C3、C4的另一端均接地。

上述技术方案在传统的折叠结构跨导级基础上，通过采用栅极驱动和衬底驱动两种电容交叉耦合方式，有效地提高了等效跨导值，从而在不增加功耗的前提下降低了混频器的噪声系数，提高了增益。有源负载模块的使用提高了混频器的转换增益，共模反馈模块被用来稳定输出点共模电压，提高了混频器的线性度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为双电容交叉耦合的跨导级模块的结构示意图；

图3为共模反馈模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

本发明采取的技术方案如图1所示，一种高增益低噪声混频器，包括对本振信号和射频信号进行处理的开关级模块10和提高混频器转换增益的有源负载模块40，开关级模块10的共模电压输出端与用于稳定共模电压的共模反馈模块30相连接，共模反馈模块30的输出端与有源负载模块40相连接，有源负载模块40的输出端分别连接开关级模块10和双电容交叉耦合的跨导级模块20，开关级模块10还与尾电流源模块50相连接，开关级模块10采用有源Gilbert双平衡结构。跨导级模块20通过折叠结构实现，其内部采用基于栅极驱动和衬底驱动两种电容交叉耦合方式的双电容交叉耦合技术；晶体管M1与晶体管M2组成有源负载模块40，提高混频器的转换增益；晶体管M3、M4、M5、M6组成基于Gilbert单元的双平衡结构，作为本振信号输入的开关级模块10，提高混频器的端口隔离度；晶体管M7、M8通过栅极偏置Vb1形成尾电流源模块50；中频差分输出端口VIF通过电阻分压器将输出共模电压输入到共模反馈模块30中，共模反馈模块30的输出信号Vcmfb送至晶体管M1、M2的栅极，达到稳定输出点共模电压的目的，提高了混频器的线性度。

详细的操作为：电源电压VDD分别连接晶体管M1、M2的源极和电容C5的一端；晶体管M1的漏极分别连接跨导级模块20的输入端点Q和晶体管M3、M4的源极；晶体管M2的漏极分别连接跨导级模块20的输入端点P和晶体管M5、M6的源极；本振信号正极LO+分别连接晶体管M3、M6的栅极，本振信号负极LO-分别连接晶体管M4、M5的栅极；晶体管M3的漏极分别连接晶体管M5的漏极、电容C1的一端、电容C2的一端、电阻R1的一端、中频输出信号正极VIF+以及晶体管M7的漏极；晶体管M6的漏极分别连接晶体管M4的漏极、电容C1的另一端、电容C3的一端、电阻R2的一端、中频输出信号负极VIF-以及晶体管M8的漏极；偏置电压Vb1分别连接晶体管M7、M8的栅极；电阻R1另一端分别连接电阻R2的另一端、电容R4的一端、共模反馈模块30的输入端；共模反馈模块30的另一输入端连接参考电压信号Vref，共模反馈模块30的输出端连接电阻R3的一端；电阻R3的另一端分别连接电容C5的另一端和晶体管M1、M2的栅极；接地端GND分别连接晶体管M7、M8的源极和电容C2、C3、C4的另一端，具体如图1所示。

双电容交叉耦合的跨导级模块20具体按照图2进行实施，其中Q、P点为跨导级模块20的输入端点、电流Iq、Ip为跨导级两条差分支路的电流；晶体管M9的漏极连接输入端点Q，晶体管M9的栅极分别连接电阻R6和电容C8的一端，晶体管M9的衬底分别连接电阻R4和电容C7的一端；晶体管M9的源极分别连接电容C6、C9的一端、射频正极输入端RF+和偏置扼流电感L1的一端；晶体管M10的漏极连接输入端点P，晶体管M10的栅极分别连接电阻R7和电容C9的另一端，晶体管M10的衬底分别连接电阻R5的一端和电容C6的另一端；晶体管M10的源极分别连接电容C7、C8的另一端、射频负极输入端RF-以及偏置扼流电感L2的一端；电阻R4的另一端分别连接电阻R5的另一端和偏置电压Vb3；偏置电压Vb2分别连接电阻R6、R7的另一端；扼流电感L1另一端和扼流电感L2的另一端接地GND。

共模反馈模块30具体按照图3进行实施，电源VDD连接晶体管M11的源极，晶体管M11的栅极连接偏置电压Vb4，晶体管M11的漏极分别连接晶体管M12、M13的源极；晶体管M12的栅极连接开关级模块10输入的共模信号Vcm，晶体管M13的栅极连接参考电压信号Vref；晶体管M12的漏极分别连接晶体管M14的漏极和晶体管M14、M15的栅极；晶体管M13、M15的漏极相连接且接点引出输出端Vcmfb；晶体管M14、M15的源极接地GND。

总之，本发明本发明提供的混频器可在实现高增益和良好线性度的同时提高混频器的噪声性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高增益低噪声混频器，其特征在于：包括对本振信号和射频信号进行处理的开关级模块和提高混频器转换增益的有源负载模块，开关级模块的共模电压输出端与用于稳定共模电压的共模反馈模块相连接，共模反馈模块的输出端与有源负载模块相连接，有源负载模块的输出端分别连接开关级模块和双电容交叉耦合的跨导级模块，开关级模块还与尾电流源模块相连接，开关级模块采用有源Gilbert双平衡结构。

2.根据权利要求1所述的高增益低噪声混频器，其特征在于：双电容交叉耦合的跨导级模块包括射频信号输入端点Q、P和晶体管M9、M10，晶体管M9的漏极连接输入端点Q，晶体管M9的栅极分别连接电阻R6和电容C8的一端，晶体管M9的衬底分别连接电阻R4和电容C7的一端，晶体管M9的源极分别连接电容C6、C9的一端、射频正极输入端RF+以及偏置扼流电感L1的一端；晶体管M10的漏极连接输入端点P，晶体管M10的栅极分别连接电阻R7的一端和电容C9的另一端，晶体管M10的衬底分别连接电阻R5的一端和电容C6的另一端，晶体管M10的源极分别连接电容C7、C8的另一端、射频负极输入端RF-和偏置扼流电感L2的一端；电阻R4的另一端分别连接电阻R5的另一端和偏置电压Vb3；偏置电压Vb2分别连接电阻R6、R7的另一端；偏置扼流电感L1、L2的另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述的高增益低噪声混频器，其特征在于：共模反馈模块包括晶体管M11、M12、M13，晶体管M11的源极接电源电压，晶体管M11的栅极连接偏置电压Vb4，晶体管M11的漏极分别连接晶体管M12、M13的源极；晶体管M12的栅极连接开关级模块输出的共模信号Vcm，晶体管M13的栅极连接参考电压信号Vref，晶体管M12的漏极分别连接晶体管M14的漏极和晶体管M14、M15的栅极；晶体管M13、M15的漏极相连接且接点引出输出端Vcmfb，晶体管M14、M15的源极接地。

4.根据权利要求1或2所述的高增益低噪声混频器，其特征在于：有源负载模块包括晶体管M1、M2和电容C5，开关级模块包括晶体管M3、M4、M5、M6，尾电流源模块包括晶体管M7、M8；晶体管M1、M2的源极和电容C5的一端分别连接电源电压；晶体管M1的漏极分别连接晶体管M3、M4的源极和输入端点Q；晶体管M2的漏极分别连接晶体管M5、M6的源极和输入端点P；本振信号正极LO+分别连接晶体管M3、M6的栅极，本振信号负极LO-分别连接晶体管M4、M5的栅极；晶体管M3的漏极分别连接晶体管M5、M7的漏极、电阻R1的一端、中频输出信号正极VIF+以及电容C1、C2的一端；晶体管M6的漏极分别连接晶体管M4、M8的漏极、电容C1的另一端、电容C3的一端、电阻R2的一端以及中频输出信号负极VIF-；偏置电压Vb1分别连接晶体管M7、M8的栅极；电阻R1另一端分别连接电阻R2的另一端、电容R4的一端和共模反馈模块的输入端；共模反馈模块的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接电容C5的另一端和晶体管M1、M2的栅极；晶体管M7、M8的源极以及电容C2、C3、C4的另一端均接地。