CN106026928A - 一种低电压单平衡电流复用无源混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低电压单平衡电流复用无源混频器，包括互补输入跨导级、无源本振开关以及低电压跨阻放大器；低电压跨阻放大器为跨导增强结构，通过NMOS共源放大器为PMOS跨导管提升跨导，克服了电压裕度的限制。该低电压跨阻放大器的电流输入支路与射频跨导级电流复用，降低了工作电流。本发明的混频器同时降低了电源电压和偏置电流，并且实现了较高的转换增益，具有转换增益高、工作稳定、总体功耗低的特点。

Description

一种低电压单平衡电流复用无源混频器
技术领域
本发明涉及到一种低电压单平衡电流复用无源混频器，属于混频器技术领域。
背景技术
手持无线设备的迅速普及对射频收发模块的低功耗设计提出了越来越高的要求。在射频接收系统中，混频器作为射频前端关键模块，其功耗水平在接收链路中占据了可观的份额。针对混频器的低功耗设计方法和电路结构一直是业界的研究热点，而降低电源电压和减少偏置电流是降低功耗的主要途径。
发明内容
发明目的：为了显著降低混频器的功耗水平，本发明提出一种低电压单平衡电流复用无源混频器，相比传统无源混频器，本发明同时降低电源电压和偏置电流，实现了更高的功效。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低电压单平衡电流复用无源混频器，包括互补输入跨导级、无源本振开关和低电压跨阻放大器，所述互补输入跨导级包括PMOS管跨导管，低电压跨阻放大器为跨导增强结构，低电压跨阻放大器包括NMOS管共源放大器，通过NMOS管共源放大器为PMOS管跨导管提升跨导，互补输入跨导级的PMOS管通过无源本振开关为低电压跨阻放大器提供偏置电流。
优选的，所述低电压单平衡电流复用无源混频器包括构成互补输入跨导级的第一NMOS管NM1、第一PMOS管PM1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，构成无源本振开关的第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3，构成低电压跨阻放大器的第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2，其中：
所述第一NMOS管NM1的源极接地、栅极接第一电阻R1的正极、漏极接第一PMOS管PM1的漏极；第一电阻R1的负极接第一偏置电压VB1，第一电阻R1的正极接第一电容C1的负极，第一电容C1的正极接第一PMOS管PM1的栅极；第一PMOS管PM1的源极接电源电压VCC；第二电阻R2的正极接第二偏置电压VB2，第二电阻R2的负极接第一电容C1的正极；第二NMOS管NM2的栅极接本振信号LO的正极，第二NMOS管NM2的漏极接第一PMOS管PM1的漏极，第二NMOS管NM2的源极接第二PMOS管PM2的源极；第三NMOS管NM3的栅极接本振信号LO的负极，第三NMOS管NM3的漏极接第一PMOS管PM1的漏极，第三NMOS管NM3的源极接第三PMOS管PM3的源极；第二电容C2的上极板接第三NMOS管NM3的源极，第二电容C2的下极板接第二NMOS管NM2的源极；第二PMOS管PM2的栅极接第四NMOS管NM4的漏极，第二PMOS管PM2的漏极接输出信号正极VOUT+，第三电阻R3的正极接第二PMOSPM2的漏极，第三电阻R3的负极接地；第四NMOS管NM4的栅极接第二NMOS管NM2的源极，第四NMOS管NM4的源极接地；第四PMOS管PM4的源极接电源电压VCC，第四PMOS管PM4的栅极接第三偏置电压VB3，第四PMOS管PM4的漏极接第四NMOS管NM4的漏极；第三PMOS管PM3的栅极接第五NMOS管NM5的漏极，NM5的源极接地，第五NMOS管NM5的栅极接第三PMOS管PM3的源极；第三PMOS管PM3的漏极接输出信号负极VOUT-，第四电阻R4的正极接第三PMOS管PM3的漏极，第四电阻R4的负极接地；第五PMOS管PM5的源极接电源电压VCC，第五PMOS管PM5的栅极接第三偏置电压VB3，第五PMOS管PM5的漏极接第五NMOS管NM5的漏极。
有益效果：本发明提出的低电压电流复用无源混频器，相比现有技术，具有以下效果：该混频器由跨导级、单平衡开关对、跨阻放大器构成。其跨导级为CMOS结构，可偏置在较低的电源电压下。跨阻放大器为融入跨导自举技术的共栅放大器，为降低电源电压，跨阻自举电路采用了NMOS输入的共源放大器结构；此外跨导级通过混频器的开关管与跨阻级构成电流复用，降低了总体偏置电流。在跨导级，NMOS管和PMOS管一起向开关级注入射频电流，获得了较高的等效跨导。跨阻放大器通过增益自举可获得足够低的输入阻抗，可充分吸收变频后的电流并将其在负载电阻上转换成输出电压。由于对共栅管进行了跨导自举，使得从负载电阻端往上看过去的阻抗更高，因此可以进一步提高负载电阻值而不会带来增益压缩效应。通过以上措施，该混频器同时降低了电源电压和偏置电流，并且实现了较高的转换增益。
附图说明
图1为本发明的低电压单平衡电流复用无源混频器的一个优选实施例的电路图；
图2为本发明的低电压电流复用无源混频器转换增益随输入频率变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种低电压单平衡电流复用无源混频器，包括互补输入跨导级、无源本振开关和低电压跨阻放大器，所述互补输入跨导级包括PMOS管跨导管，低电压跨阻放大器为跨导增强结构，低电压跨阻放大器包括NMOS管共源放大器，通过NMOS管共源放大器为PMOS管跨导管提升跨导，互补输入跨导级的PMOS管通过无源本振开关为低电压跨阻放大器提供偏置电流。
如图1所示，本实施例中，低电压单平衡电流复用无源混频器包括第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2，其中：
所述第一NMOS管NM1的源极接地、栅极接第一电阻R1的正极、漏极接第一PMOS管PM1的漏极；第一电阻R1的负极接第一偏置电压VB1，第一电阻R1的正极接第一电容C1的负极，第一电容C1的正极接第一PMOS管PM1的栅极；第一PMOS管PM1的源极接电源电压VCC；第二电阻R2的正极接第二偏置电压VB2，第二电阻R2的负极接第一电容C1的正极；第二NMOS管NM2的栅极接本振信号LO的正极，第二NMOS管NM2的漏极接第一PMOS管PM1的漏极，第二NMOS管NM2的源极接第二PMOS管PM2的源极；第三NMOS管NM3的栅极接本振信号LO的负极，第三NMOS管NM3的漏极接第一PMOS管PM1的漏极，第三NMOS管NM3的源极接第三PMOS管PM3的源极；第二电容C2的上极板接第三NMOS管NM3的源极，第二电容C2的下极板接第二NMOS管NM2的源极；第二PMOS管PM2的栅极接第四NMOS管NM4的漏极，第二PMOS管PM2的漏极接输出信号正极VOUT+，第三电阻R3的正极接第二PMOSPM2的漏极，第三电阻R3的负极接地；第四NMOS管NM4的栅极接第二NMOS管NM2的源极，第四NMOS管NM4的源极接地；第四PMOS管PM4的源极接电源电压VCC，第四PMOS管PM4的栅极接第三偏置电压VB3，第四PMOS管PM4的漏极接第四NMOS管NM4的漏极；第三PMOS管PM3的栅极接第五NMOS管NM5的漏极，NM5的源极接地，第五NMOS管NM5的栅极接第三PMOS管PM3的源极；第三PMOS管PM3的漏极接输出信号负极VOUT-，第四电阻R4的正极接第三PMOS管PM3的漏极，第四电阻R4的负极接地；第五PMOS管PM5的源极接电源电压VCC，第五PMOS管PM5的栅极接第三偏置电压VB3，第五PMOS管PM5的漏极接第五NMOS管NM5的漏极。
本发明提出的低电压单平衡电流复用无源混频器，由于互补输入跨导级为CMOS结构，可偏置在较低的电源电压下，即可工作在0.7V电源电压下。且低电压跨阻放大器为融入跨导自举技术的共栅放大器，为降低电源电压，跨阻自举电路采用了NMOS输入的共源放大器结构；此外与传统无源混频器不同的是，互补输入跨导级通过混频器的本振开关管与跨阻级构成电流复用，降低了总体偏置电流。本发明从降低电源电压和减少偏置电流两方面入手，在不影响电路性能的前提下显著降低了功耗。
如图2所示为本发明的低电压电流复用无源混频器转换增益随输入频率变化的曲线图，其本振频率为1.575GHz；从图中可以看出，在本振频率附近40MHz带宽内转换增益曲线平坦，约为28dB。其电源电压为0.7V，偏置电流为0.6mA。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种低电压单平衡电流复用无源混频器，包括互补输入跨导级、无源本振开关和低电压跨阻放大器，其特征在于：所述互补输入跨导级包括PMOS管跨导管，低电压跨阻放大器为跨导增强结构，低电压跨阻放大器包括NMOS管共源放大器，通过NMOS管共源放大器为PMOS管跨导管提升跨导，互补输入跨导级的PMOS管通过无源本振开关为低电压跨阻放大器提供偏置电流。
2.根据权利要求1所述的低电压单平衡电流复用无源混频器，其特征在于：所述低电压单平衡电流复用无源混频器包括构成互补输入跨导级的第一NMOS管NM1、第一PMOS管PM1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，构成无源本振开关的第二NMOS管NM2和第三NMOS管NM3，构成低电压跨阻放大器的第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2，其中：
所述第一NMOS管NM1的源极接地、栅极接第一电阻R1的正极、漏极接第一PMOS管PM1的漏极；第一电阻R1的负极接第一偏置电压VB1，第一电阻R1的正极接第一电容C1的负极，第一电容C1的正极接第一PMOS管PM1的栅极；第一PMOS管PM1的源极接电源电压VCC；第二电阻R2的正极接第二偏置电压VB2，第二电阻R2的负极接第一电容C1的正极；第二NMOS管NM2的栅极接本振信号LO的正极，第二NMOS管NM2的漏极接第一PMOS管PM1的漏极，第二NMOS管NM2的源极接第二PMOS管PM2的源极；第三NMOS管NM3的栅极接本振信号LO的负极，第三NMOS管NM3的漏极接第一PMOS管PM1的漏极，第三NMOS管NM3的源极接第三PMOS管PM3的源极；第二电容C2的上极板接第三NMOS管NM3的源极，第二电容C2的下极板接第二NMOS管NM2的源极；第二PMOS管PM2的栅极接第四NMOS管NM4的漏极，第二PMOS管PM2的漏极接输出信号正极VOUT+，第三电阻R3的正极接第二PMOSPM2的漏极，第三电阻R3的负极接地；第四NMOS管NM4的栅极接第二NMOS管NM2的源极，第四NMOS管NM4的源极接地；第四PMOS管PM4的源极接电源电压VCC，第四PMOS管PM4的栅极接第三偏置电压VB3，第四PMOS管PM4的漏极接第四NMOS管NM4的漏极；第三PMOS管PM3的栅极接第五NMOS管NM5的漏极，NM5的源极接地，第五NMOS管NM5的栅极接第三PMOS管PM3的源极；第三PMOS管PM3的漏极接输出信号负极VOUT-，第四电阻R4的正极接第三PMOS管PM3的漏极，第四电阻R4的负极接地；第五PMOS管PM5的源极接电源电压VCC，第五PMOS管PM5的栅极接第三偏置电压VB3，第五PMOS管PM5的漏极接第五NMOS管NM5的漏极。
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