CN107863938A - 一种无源下的变频混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源下的变频混频器，其特征在于，包括依次连接的输入跨导模块、开关混频模块和互阻放大器输出模块，所述的输入跨导模块连接一射频信号源，所述的输入跨导模块用于将射频信号转化为射频电流；所述的开关混频模块，用于将射频电流下变频转换为中频电流。所述的互阻放大器输出模块，用于将中频电流在负载电阻上得到中频输出电压。发明的一种无源下的变频混频器具有功耗低、转换增益高、端口隔离度好的特点。

Description

一种无源下的变频混频器
技术领域
本发明涉及一种变频混频器，更具体地说，尤其涉及一种无源下变频混频器。
背景技术
如图1所示，常见的无源下变频混频器架构，射频信号经过输入跨导模块(Gm)转换为射频电流，经过隔直电容C1，C2送入混频器开关的源极。本振信号lo_p和lo_n控制着混频开关管的栅极，混频后的电流经过基于运算放大器构成的互阻放大器后在输出电阻上转换成电压信号输出。传统的变频混频器因为采用无源架构，具有很高的线性度，但是由于运算放大器opamp的低频闪烁1/f噪声很大，在混频器电流转换为电压信号输出时，噪声性能较差。
因此，亟待发明一种既具有传统无源混频器高线性特点，还具有很好的噪声性能的无源下的变频混频器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无源下的变频混频器，该变频混频器具有功耗低、转换增益高、端口隔离度好的特点。
本发明采用的技术方案如下：
一种无源下的变频混频器，其中，包括依次连接的输入跨导模块、开关混频模块和互阻放大器输出模块，
所述的输入跨导模块连接一射频信号源，所述的输入跨导模块用于将射频信号转化为射频电流；
所述的开关混频模块，用于将射频电流下变频转换为中频电流；
所述的互阻放大器输出模块，用于将中频电流在负载电阻上得到中频输出电压。
优选的，所述的输入跨导模块Gm分别连接射频信号源的RF_INP输出端和RF_INN输出端。
优选的，所述的开关混频模块包括电容C1、电容C2、NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4，所述NMOS管M1的栅极连接一本振信号LO1，所述NMOS管M2的栅极连接一本振信号LO2，所述NMOS管M3的栅极连接一本振信号LO3，所述NMOS管M4的栅极连接一本振信号LO4，所述输入跨导模块Gm的正输出端通过电容C1后分别连接NMOS管M1的源极和NMOS管M2的源极，所述输入跨导模块的负输出端通过电容C2后分别连接NMOS管M3的源极和NMOS管M4的源极，所述NMOS管M1的漏极与NMOS管M3的漏极并联后与互阻放大器输出模块3的正输入端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M4的漏极并联后与互阻放大器输出模块3的负输入端连接。
优选的，所述的互阻放大器输出模块包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11、MOS管M12、MOS管M13、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17，所述MOS管M1的源极、MOS管M2的源极、MOS管M6的源极、MOS管M7的源极、MOS管M12的源极、MOS管M13的源极以及MOS管M17的源极均接地，所述MOS管M4的源极、MOS管M9的源极、MOS管M10的源极、MOS管M15的源极、MOS管M5的漏极以及MOS管M14的漏极均连接一工作电压VDD；
所述MOS管M2的漏极连接一混频器开关差分电流的I_INP输出端，所述MOS管M17的漏极连接混频器开关差分电流的I_INN输出端；
所述MOS管M1的栅极和漏极互连，所述MOS管M1的漏极还连接一电流源，所述MOS管M1的栅极与MOS管M3的栅极、MOS管M13的栅极互连，所述MOS管M6的漏极和MOS管M13的漏极输出稳定电流；
所述MOS管M2的漏极连接MOS管M3的源极，所述MOS管M3的源极与MOS管M4的栅极互连，所述MOS管M2的栅极、MOS管M7的栅极均与MOS管M6的漏极、MOS管M3的源极互连，所述的MOS管M2至MOS管M7组成镜像电流输出对管；
所述MOS管M7的漏极连接MOS管M8的源极，所述MOS管M8的栅极和MOS管M3互连，所述MOS管M9的漏极和MOS管M8的漏极连接。
优选的，所述MOS管M17的漏极连接MOS管M16的源极，所述MOS管M16的源极和MOS管M15的漏极以及MOS管M4的栅极互连，所述MOS管M12的栅极、MOS管M17的栅极与MOS管M13的漏极和MOS管M14的源极互连，所述的MOS管M12至MOS管M17组成镜像电流输出对管；
所述MOS管M12的漏极连接MOS管M11的源极，所述MOS管M11的栅极和MOS管M16的栅极互连，所述MOS管M10为输出级负载，MOS管M10的漏极和MOS管M11的漏极连接，所述MOS管M3的栅极和MOS管M16的栅极互连，所述MOS管M4的栅极和MOS管M15的栅极互连，所述MOS管M9的栅极和MOS管M10的栅极互连。
优选的，所述的互阻放大器输出模块包括放大器OPA1，所述放大器OPA1的反向端通过一负载电阻R1连接输出电压V_OUTP，所述放大器OPA1的正相端连接外部输入共模电平VCOM，所述放大器OPA1的输出端连接MOS管M9的栅极和MOS管M10的栅极。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明一种无源下的变频混频器提出的新型互阻放大器架构，采用了基于负反馈和超级源极跟随器结构，以实现输出中频频段内的低输入阻抗，功耗更低；同时该互阻放大器的输出采用了共模负反馈电路来稳定输出共模电平，提高了电流利用效率，转换增益更高，并且端口隔离度更好。
附图说明
图1为传统无源下变频混频器架构；
图2为本发明无源下变频混频器架构图；
图3为本发明互阻放大器架构图；
图4为本发明无源混频器开关本振信号的相位；
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
参照图2所示，本发明的一种无源下的变频混频器，包括依次连接的输入跨导模块Gm、开关混频模块2和互阻放大器输出模块3，
所述的输入跨导模块Gm连接一射频信号源，所述的输入跨导模块Gm用于将射频信号转化为射频电流；
所述的开关混频模块2，用于将射频电流下变频转换为中频电流；
所述的互阻放大器输出模块3，用于将中频电流在负载电阻上得到中频输出电压。
所述的入跨导模块Gm分别连接射频信号源的RF_INP输出端和RF_INN输出端，将射频信号源的射频信号转换为射频电流。
所述的开关混频模块2包括电容C1、电容C2、NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4，所述NMOS管M1的栅极连接一本振信号LO1，所述NMOS管M2的栅极连接一本振信号LO2，所述NMOS管M3的栅极连接一本振信号LO3，所述NMOS管M4的栅极连接一本振信号LO4，所述输入跨导模块Gm的正输出端通过电容C1后分别连接NMOS管M1的源极和NMOS管M2的源极，所述输入跨导模块Gm的负输出端通过电容C2后分别连接NMOS管M3的源极和NMOS管M4的源极，所述NMOS管M1的漏极与NMOS管M3的漏极并联后与互阻放大器输出模块3的正输入端连接，作为中频电流的正输出端；NMOS管M2的漏极与NMOS管M4的漏极并联后与互阻放大器输出模块3的负输入端连接，作为中频电流的负输出端。
参照图3所示，所述的互阻放大器输出模块3采用了超级源极跟随器的差分互阻放大器，输出采用了运算放大器来实现共模负反馈的架构，输出稳定电平。互阻放大器输出模块3包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11、MOS管M12、MOS管M13、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17，其中，MOS管M4、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M15为PMOS管，其余都是NMOS管。所述MOS管M1的源极、MOS管M2的源极、MOS管M6的源极、MOS管M7的源极、MOS管M12的源极、MOS管M13的源极以及MOS管M17的源极均接地，所述MOS管M4的源极、MOS管M9的源极、MOS管M10的源极、MOS管M15的源极、MOS管M5的漏极以及MOS管M14的漏极均连接一工作电压VDD。
所述MOS管M2的漏极连接一混频器开关差分电流的I_INP输出端，所述MOS管M17的漏极连接一混频器开关差分电流的I_INN输出端。其中，混频器开关输出的差分电流由I_INP和I_INN端输入。
所述MOS管M1的栅极和漏极互连，所述MOS管M1的漏极还连接一电流源，所述MOS管M1的栅极与MOS管M3的栅极、MOS管M13的栅极互连，构成基本电流镜电路，所述MOS管M6的漏极和MOS管M13的漏极输出稳定电流；
所述MOS管M2的漏极连接MOS管M3的源极，所述MOS管M3的源极与MOS管M4的栅极互连，所述MOS管M2的栅极、MOS管M7的栅极均与MOS管M6的漏极、MOS管M3的源极互连，所述的MOS管M2至MOS管M7组成镜像电流输出对管，将MOS管M2的漏极输入电流I_INP镜像输出。
所述MOS管M7的漏极连接MOS管M8的源极，所述MOS管M8的栅极和MOS管M3互连，MOS管M9为输出级负载，所述MOS管M9的漏极和MOS管M8的漏极连接，将镜像电流转换成中频电压V_OUTP在MOS管M9的漏极输出。
所述互阻放大器输出模块3的MOS管M10至MOS管M17的结构与MOS管M2至MOS管M9的结构类似，所述MOS管M17的漏极连接MOS管M16的源极，所述MOS管M16的源极和MOS管M15的漏极以及MOS管M4的栅极互连，所述MOS管M12的栅极、MOS管M17的栅极与MOS管M13的漏极和MOS管M14的源极互连，所述的MOS管M12至MOS管M17组成镜像电流输出对管，将MOS管M17的漏极输入电流I_INN镜像输出。MOS管M2至MOS管M7、MOS管M12至MOS管M17组成镜像电流输出对管，将MOS管M2或MOS管M12漏极输入电流镜像输出。
所述MOS管M12的漏极连接MOS管M11的源极，所述MOS管M11的栅极和MOS管M16的栅极互连，所述MOS管M10为输出级负载，MOS管M10的漏极和MOS管M11的漏极连接，将镜像电流转换成中频电压V_OUTN在MOS管M10的漏极输出。所述MOS管M3的栅极和MOS管M16的栅极互连，所述MOS管M4的栅极和MOS管M15的栅极互连，所述MOS管M9的栅极和MOS管M10的栅极互连。
所述的互阻放大器输出模块3包括放大器OPA1，所述放大器OPA1的反向端通过一负载电阻R1连接输出电压V_OUTP，所述放大器OPA1的正相端连接外部输入共模电平VCOM，所述放大器OPA1的输出端连接MOS管M9的栅极和MOS管M10的栅极,MOS管M9和MOS管M10为输出级负载，将镜像电流转换成电压在其漏极输出。负载电阻R1和负载电阻R2作为共模负反馈采样电阻，将输出共模电平采样，与外部输入的共模电平VCOM通过运算放大器OPA1来做比较，自动调节，使得输出V_OUTP，V_OUTN的共模电平与VCOM一致。
射频信号经过输入跨导模块Gm后，差分射频信号RF_INP、RF_INN经过输入跨导模块Gm后，射频电压转换成射频电流。射频电流经过开关混频模块2实现电流下变频，转换为中频电流。输入到开关混频模块2的NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4这四个NMOS管的源极，这四个NMOS管的栅极接具有四个相位的本振信号LO1至LO4，本振信号的相位如图4所示。四个NMOS管轮流导通，将跨导级输入的射频电流和本振信号混频得到的中频电流信号输入到互阻放大器输出模块3。互阻放大器输出模块3吸收开关混频模块2输出的中频电流在负载电阻上将中频电流转换成中频输出电压。
本发明一种无源下的变频混频器提出的新型互阻放大器架构，采用了基于负反馈和超级源极跟随器结构，以实现输出中频频段内的低输入阻抗，功耗更低；同时该互阻放大器的输出采用了共模负反馈电路来稳定输出共模电平，提高了电流利用效率，转换增益更高，并且端口隔离度更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无源下的变频混频器，其特征在于，包括依次连接的输入跨导模块(Gm)、开关混频模块(2)和互阻放大器输出模块(3)，
所述的输入跨导模块(Gm)连接一射频信号源，所述的输入跨导模块(Gm)用于将射频信号转化为射频电流；
所述的开关混频模块(2)，用于将射频电流下变频转换为中频电流；
所述的互阻放大器输出模块(3)，用于将中频电流在负载电阻上得到中频输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种无源下的变频混频器，其特征在于，所述的输入跨导模块(Gm)分别连接射频信号源的RF_INP输出端和RF_INN输出端。
3.根据权利要求1所述的一种无源下的变频混频器，其特征在于，所述的开关混频模块(2)包括电容(C1)、电容(C2)、NMOS管(M1)、NMOS管(M2)、NMOS管(M3)、NMOS管(M4)，所述NMOS管(M1)的栅极连接一本振信号(LO1)，所述NMOS管(M2)的栅极连接一本振信号(LO2)，所述NMOS管(M3)的栅极连接一本振信号(LO3)，所述NMOS管(M4)的栅极连接一本振信号(LO4)，所述输入跨导模块(Gm)的正输出端通过电容(C1)后分别连接NMOS管(M1)的源极和NMOS管(M2)的源极，所述输入跨导模块(Gm)的负输出端通过电容(C2)后分别连接NMOS管(M3)的源极和NMOS管(M4)的源极，所述NMOS管(M1)的漏极与NMOS管(M3)的漏极并联后与互阻放大器输出模块(3)的正输入端连接，NMOS管(M2)的漏极与NMOS管(M4)的漏极并联后与互阻放大器输出模块(3)的负输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种无源下的变频混频器，其特征在于，所述的互阻放大器输出模块(3)包括MOS管(M1)、MOS管(M2)、MOS管(M3)、MOS管(M4)、MOS管(M5)、MOS管(M6)、MOS管(M7)、MOS管(M8)、MOS管(M9)、MOS管(M10)、MOS管(M11)、MOS管(M12)、MOS管(M13)、MOS管(M14)、MOS管(M15)、MOS管(M16)、MOS管(M17)，所述MOS管(M1)的源极、MOS管(M2)的源极、MOS管(M6)的源极、MOS管(M7)的源极、MOS管(M12)的源极、MOS管(M13)的源极以及MOS管(M17)的源极均接地，所述MOS管(M4)的源极、MOS管(M9)的源极、MOS管(M10)的源极、MOS管(M15)的源极、MOS管(M5)的漏极以及MOS管(M14)的漏极均连接一工作电压(VDD)；
所述MOS管(M2)的漏极连接一混频器开关差分电流的I_INP输出端，所述MOS管(M17)的漏极连接混频器开关差分电流的I_INN输出端；
所述MOS管(M1)的栅极和漏极互连，所述MOS管(M1)的漏极还连接一电流源，所述MOS管(M1)的栅极与MOS管(M3)的栅极、MOS管(M13)的栅极互连，所述MOS管(M6)的漏极和MOS管(M13)的漏极输出稳定电流；
所述MOS管(M2)的漏极连接MOS管(M3)的源极，所述MOS管(M3)的源极与MOS管(M4)的栅极互连，所述MOS管(M2)的栅极、MOS管(M7)的栅极均与MOS管(M6)的漏极、MOS管(M3)的源极互连，所述的MOS管(M2)至MOS管(M7)组成镜像电流输出对管；
所述MOS管(M7)的漏极连接MOS管(M8)的源极，所述MOS管(M8)的栅极和MOS管(M3)互连，所述MOS管(M9)的漏极和MOS管(M8)的漏极连接。
5.根据权利要求4所述的一种无源下的变频混频器，其特征在于，所述MOS管(M17)的漏极连接MOS管(M16)的源极，所述MOS管(M16)的源极和MOS管(M15)的漏极以及MOS管(M4)的栅极互连，所述MOS管(M12)的栅极、MOS管(M17)的栅极与MOS管(M13)的漏极和MOS管(M14)的源极互连，所述的MOS管(M12)至MOS管(M17)组成镜像电流输出对管；
所述MOS管(M12)的漏极连接MOS管(M11)的源极，所述MOS管(M11)的栅极和MOS管(M16)的栅极互连，所述MOS管(M10)为输出级负载，MOS管(M10)的漏极和MOS管(M11)的漏极连接，所述MOS管(M3)的栅极和MOS管(M16)的栅极互连，所述MOS管(M4)的栅极和MOS管(M15)的栅极互连，所述MOS管(M9)的栅极和MOS管(M10)的栅极互连。
6.根据权利要求5所述的一种无源下的变频混频器，其特征在于，所述的互阻放大器输出模块(3)包括放大器(OPA1)，所述放大器(OPA1)的反向端通过一负载电阻(R1)连接输出电压(V_OUTP)，所述放大器(OPA1)的正相端连接外部输入共模电平(VCOM)，所述放大器(OPA1)的输出端连接MOS管(M9)的栅极和MOS管(M10)的栅极。
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