CN105119572B - 一种增加发射机变频线性的上变频器电路 - Google Patents

一种增加发射机变频线性的上变频器电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种增加发射机变频线性的上变频器电路，包括本振部分、放大部分与镜像电流源，所述本振部分具由第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管组成，所述放大部分由第一NPN管、第二NPN管、第三NPN管和第四NPN管组成，所述镜像电流源由第一电流偏置管、第二电流偏置管和第三电流偏置管组成，本发明通过采用多集电极并联NPN型三极管作为上变频器的信号放大管，通过采用不同的三极管发射极面积的配比，展宽信号放大管的gm线性区间，从而实现上变频器增益的稳定和线性的增大。解决了现有上变频器在线性度上受制于MOS管的Gm线性区间过小，工艺的细微变化就会影响其上变频器线性的性能，导致产品的不稳定的问题。

Description

一种增加发射机变频线性的上变频器电路
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种增加发射机变频线性的上变频器电路。
背景技术
上变频器是射频发射机中不可缺少的重要电路，其作用是将低频信号转换成射频信号并以一定的功率发射出去，同时保证输出信号相对于输入信号没有失真，我们用上变频器的线性高低和增益大小来衡量其性能指标优劣。由于在集成电路制造中无法保证所有器件生产的一致性，这就导致了现有上变频器线性及增益指标的不稳定，从而导致产品性能的不稳定。
例如，现有的上变器多采用图1所示的电路结构，M1、M2、M3和M4是本振开关管，M5、M6是信号放大管、M7、M8和M9是镜像电流源。此上变频器的增益为G＝(RL1+RL2)*(gm5+gm6),其中，RL1和RL2是其负载电阻，gm5和gm6是信号放大管M5和M6的跨导。上述结构有一个非常明显的缺点，由于CMOS管的gm和偏置电流I特性是平方根关系，不是线性关系，这就导致其电路增益和线性取决于偏置电流，一旦偏置电流有所偏差，就会导致电路的增益和线性有很大的变化，导致产品性能的不稳定。
发明内容
针对背景技术中提及的问题，本发明提出一种增加发射机变频线性的上变频器电路，从电路设计上兼容考虑不同器件的生产工艺偏差，保证上变频器有稳定的线性和增益输出，从而保证了产品性能的稳定，具体的技术方案如下：
一种增加发射机变频线性的上变频器电路，包括本振部分、放大部分与镜像电流源；
所述本振部分具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其主要由第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管组成，所述第一MOS管和第四MOS管的栅极共同连接至所述第一输入端，所述第二MOS管和第三MOS管的栅极共同连接至所述第二输入端，所述第一MOS管和第三MOS管的源极共同连接至所述第一输出端，所述第二MOS管和第四MOS管的源极共同连接至所述第二输出端，所述第一MOS管和第二MOS管的漏极相连接，所述第三MOS管和第四MOS管的漏极相连接；
所述放大部分具有第三输入端和第四输入端，其主要由第一NPN管、第二NPN管、第三NPN管和第四NPN管组成，所述第一NPN管和第二NPN管的集电极共同连接至所述第一MOS管的漏极，所述第一NPN管和第二NPN管的基极共同连接至所述第三输入端，所述第三NPN管和第四NPN管的集电极共同连接到所述第三MOS管的漏极，所述第三NPN管和第四NPN管的基极共同连接至所述第四输入端，所述第一NPN管和第三NPN管的发射极相连接，所述第二NPN管和第四NPN管的发射极相连接；
所述镜像电流源具有第五输入端，其主要由第一电流偏置管、第二电流偏置管和第三电流偏置管组成，各管的栅极共同连接至所述第五输入端，各管的漏极共连接地，所述第一电流偏置管的集电极连接至所述第五输入端，所述第二电流偏置管的集电极连接至所述第一NPN管的发射极，所述第三电流偏置管的集电极连接至所述第二NPN管的发射极；
其中，所述第一输入端作为本振信号的正向输入端，所述第二输入端作为本振信号的负向输入端，所述第三输入端作为低频信号的正向输入端，所述第四输入端作为低频信号的负向输入端，所述第五输入端作为偏置电流的输入端，所述第一输出端、第二输出端对应作为上变频器电路的正、负输出。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述第一NPN管和第四NPN管的发射极面积相等，所述第二NPN管和第三NPN管的发射极面积相等，所述第一NPN管的发射极面积是第三NPN管的发射极面积的N倍，N大于2且小于50。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述N取值为2、4、6、8或10。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述第二电流偏置管、第三电流偏置管各自的长宽乘积是第一电流偏置管长宽乘积的K倍，K大于2且小于50。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述K取值为5、10、15或20。
本发明的有益效果是：通过采用多集电极并联NPN型三极管作为上变频器的信号放大管，通过采用不同的三极管发射极面积的配比，展宽信号放大管的gm线性区间，从而实现上变频器增益的稳定和线性的增大。解决了现有上变频器在线性度上受制于MOS管的Gm线性区间过小，工艺的细微变化就会影响其上变频器线性的性能，导致产品的不稳定的问题。
附图说明
图1为现有技术的上变频器电路结构原理图。
图2为本发明的增加发射机变频线性的上变频器电路结构原理图。
具体实施方式
如下结合附图2，对本申请方案作进一步描述：
一种增加发射机变频线性的上变频器电路，包括本振部分、放大部分与镜像电流源；
所述本振部分具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其主要由第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4组成，所述第一MOS管M1和第四MOS管M4的栅极共同连接至所述第一输入端，所述第二MOS管M2和第三MOS管M3的栅极共同连接至所述第二输入端，所述第一MOS管M1和第三MOS管M3的源极共同连接至所述第一输出端，所述第二MOS管M2和第四MOS管M4的源极共同连接至所述第二输出端，所述第一MOS管M1和第二MOS管M2的漏极相连接，所述第三MOS管M3和第四MOS管M4的漏极相连接；
所述放大部分具有第三输入端和第四输入端，其主要由第一NPN管NPN1、第二NPN管NPN2、第三NPN管NPN3和第四NPN管NPN4组成，所述第一NPN管NPN1和第二NPN管NPN2的集电极共同连接至所述第一MOS管M1的漏极，所述第一NPN管NPN1和第二NPN管NPN2的基极共同连接至所述第三输入端，所述第三NPN管NPN3和第四NPN管NPN4的集电极共同连接到所述第三MOS管M3的漏极，所述第三NPN管NPN3和第四NPN管NPN4的基极共同连接至所述第四输入端，所述第一NPN管NPN1和第三NPN管NPN3的发射极相连接，所述第二NPN管NPN2和第四NPN管NPN4的发射极相连接；
所述镜像电流源具有第五输入端，其主要由第一电流偏置管M9、第二电流偏置管M7和第三电流偏置管M8组成，各管的栅极共同连接至所述第五输入端，各管的漏极共连接地，所述第一电流偏置管M9的集电极连接至所述第五输入端，所述第二电流偏置管M7的集电极连接至所述第一NPN管NPN1的发射极，所述第三电流偏置管M8的集电极连接至所述第二NPN管NPN2的发射极；
其中，所述第一输入端作为本振信号LO_I的正向输入端，所述第二输入端作为本振信号LO_I的负向输入端，所述第三输入端作为低频信号BB_I的正向输入端，所述第四输入端作为低频信号BB_I的负向输入端，所述第五输入端作为偏置电流的输入端，所述第一输出端、第二输出端对应作为上变频器电路的正、负输出；所述第一输出端、第二输出端分别通过负载RL1、RL2连接到电源，以获取电压偏置。
所述第一NPN管NPN1和第四NPN管NPN4的发射极面积相等，所述第二NPN管NPN2和第三NPN管NPN3的发射极面积相等，所述第一NPN管NPN1的发射极面积是第三NPN管NPN3的发射极面积的N倍，N大于2且小于50。
例如，N取值为4，则所述第一NPN管和第三NPN管组合可以将上变频器信号的电压输入特性和电流输出特性正向平移VTln4,其中VT是三极管特征参数，约26mV。同样的，第二NPN管和第四NPN管组合可以将上变频器信号的电压输入特性和电流输出特性负向平移VTln4。由此，上变频器的输入跨导(gm)在一定的输入信号范围内将变得平滑，并增加了上变频器的线性，不受工艺变化的影响。
所述第二电流偏置管M7、第三电流偏置管M8各自的长宽乘积是第一电流偏置管M9长宽乘积的K倍，K大于2且小于50。例如，K取值为20，可以保证输入的偏置电流经过M9镜像给M7和M8为原输入电流的20倍。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种增加发射机变频线性的上变频器电路，包括本振部分、放大部分与镜像电流源，其特征在于：
所述本振部分具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其主要由第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管组成，所述第一MOS管和第四MOS管的栅极共同连接至所述第一输入端，所述第二MOS管和第三MOS管的栅极共同连接至所述第二输入端，所述第一MOS管和第三MOS管的源极共同连接至所述第一输出端，所述第二MOS管和第四MOS管的源极共同连接至所述第二输出端，所述第一MOS管和第二MOS管的漏极相连接，所述第三MOS管和第四MOS管的漏极相连接；
所述放大部分具有第三输入端和第四输入端，其主要由第一NPN管、第二NPN管、第三NPN管和第四NPN管组成，所述第一NPN管和第二NPN管的集电极共同连接至所述第一MOS管的漏极，所述第一NPN管和第二NPN管的基极共同连接至所述第三输入端，所述第三NPN管和第四NPN管的集电极共同连接到所述第三MOS管的漏极，所述第三NPN管和第四NPN管的基极共同连接至所述第四输入端，所述第一NPN管和第三NPN管的发射极相连接，所述第二NPN管和第四NPN管的发射极相连接；
所述镜像电流源具有第五输入端，其主要由第一电流偏置管、第二电流偏置管和第三电流偏置管组成，各管的栅极共同连接至所述第五输入端，各管的漏极共连接地，所述第一电流偏置管的集电极连接至所述第五输入端，所述第二电流偏置管的集电极连接至所述第一NPN管的发射极，所述第三电流偏置管的集电极连接至所述第二NPN管的发射极；
其中，所述第一输入端作为本振信号的正向输入端，所述第二输入端作为本振信号的负向输入端，所述第三输入端作为低频信号的正向输入端，所述第四输入端作为低频信号的负向输入端，所述第五输入端作为偏置电流的输入端，所述第一输出端、第二输出端对应作为上变频器电路的正、负输出；
所述第一NPN管和第四NPN管的发射极面积相等，所述第二NPN管和第三NPN管的发射极面积相等，所述第一NPN管的发射极面积是第三NPN管的发射极面积的N倍，N大于2且小于50。
2.根据权利要求1所述的增加发射机变频线性的上变频器电路，其特征在于：所述N取值为2、4、6、8或10。
3.根据权利要求1所述的增加发射机变频线性的上变频器电路，其特征在于：所述第二电流偏置管、第三电流偏置管各自的长宽乘积是第一电流偏置管长宽乘积的K倍，K大于2且小于50。
4.根据权利要求3所述的增加发射机变频线性的上变频器电路，其特征在于：所述K取值为5、10、15或20。
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