CN108206672A - 无线射频发射机及其中的无源混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线射频发射机及其中的无源混频器，无源混频器包括开关管电路和自适应偏置电路，开关管电路包括第一MOS管至第四MOS管，第一MOS管和第三MOS管的第一连接端与第一差分信号输入端相连，第一MOS管的第二连接端与第一差分信号输出端相连，第三MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连；第二MOS管和第四MOS管的第一连接端与第二差分信号输入端相连，第二MOS管的第二连接端与第一差分信号输出端相连，第四MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连。自适应偏置电路输出随第一差分信号自适应调整的第一偏置电压给第一MOS管和第三MOS管的控制端；输出随第二差分信号自适应调整的第二偏置电压给第二MOS管和第四MOS管的控制端。与现有技术相比，本发明可极大提高电路的线性度。

Description

无线射频发射机及其中的无源混频器
【技术领域】
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种无线射频发射机以及其中的无源混频器。
【背景技术】
随着通信调制技术的发展，对无线发射系统的要求越来越高，这体现在对发射电路的线性度，功耗，面积等方面的要求不断提高。无源混频电路具有电路简单，自身不消耗功耗和线性度优于有源电路的特性因而得到广泛应用。但是传统的偏置无源混频器的电路由于是采用一个固定电压，在输入信号较大时造成MOS管的阻抗随信号变化引入非线性，同时固定电压也会导致信号在无源混频器内部循环而造成信号损失，固而当输入较大信号时混频器会使发射系统性能急剧下降。
因此，有必要提供一种新技术方案来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种使用自适应偏置的无源混频器，其可以极大的提高电路的线性度，且可以避免信号内部循环的情况出现。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种无源混频器，其包括开关管电路和自适应偏置电路，所述开关管电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中，第一MOS管和第三MOS管的第一连接端均与第一差分信号输入端相连，第一MOS管的第二连接端与第一差分信号输出端相连，第三MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连；第二MOS管和第四MOS管的第一连接端均与所述第二差分信号输入端相连，第二MOS管的第二连接端与所述第一差分信号输出端相连，第四MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连，所述自适应偏置电路输出随第一差分信号自适应调整的第一偏置电压给第一MOS管和第三MOS管的控制端；所述自适应偏置电路的第二输出端输出随第二差分信号自适应调整的第二偏置电压给第二MOS管和第四MOS管的控制端。
进一步的，所述第一偏置电压使得第一MOS管和第三MOS管的过驱动电压基本保持恒定；所述第二偏置电压使得第二MOS管和第四MOS管的过驱动电压基本保持恒定。
进一步的，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均为NMOS晶体管，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的源极、漏极和栅极。
进一步的，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的过驱动电压等于Vgs-Vth，其中，Vgs为MOS管的栅源电压，Vth为MOS管的阈值电压。
进一步的，所述无源混频器还包括第一本振信号输入端和第二本振信号输入端，第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，其中，第一MOS管的控制端通过第一电容与第一本振信号输入端相连，第三MOS管的控制端通过第三电容与第二本振信号输入端相连，第二MOS管的控制端通过第二电容与第二本振信号输入端相连，第四MOS管的控制端通过第四电容与第一本振信号输入端相连。
进一步的，所述无源混频器还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中，第一电阻的一端与第一偏置电压相连，其另一端与第一MOS管的控制端和第一电容之间的连接节点相连；第二电阻的一端与第二偏置电压相连，其另一端与第二MOS管的控制端和第二电容之间的连接节点相连；第三电阻的一端与第一偏置电压相连，其另一端与第三MOS管的控制端和第三电容之间的连接节点相连；第四电阻的一端与第二偏置电压相连，其另一端与第四MOS管的控制端和第四电容之间的连接节点相连。
进一步的，所述自适应偏置电路包括第一偏置单元和第二偏置单元，所述第一偏置单元包括依次串联的第一电流源和第五MOS管，其中，第五MOS管的控制端与第一差分信号输入端相连，所述第一电流源产生的电流由第五MOS管的第一连接端流向其第二连接端，所述五MOS管的第一连接端上的电压为所述第一偏置电压；所述第二偏置单元包括依次串联的第二电流源和第六MOS管，其中，第六MOS管的控制端与第二差分信号输入端相连，所述第二电流源产生的电流由第六MOS管的第一连接端流向第二连接端，所述六MOS管的第一连接端上的电压为所述第二偏置电压。
进一步的，所述第五MOS管和第六MOS管均为PMOS晶体管，所述第五MOS管和第六MOS管的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极。
进一步的，所述无源混频器为无源上变频器或无源下变频器。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种无线射频发射机，其包括无源混频器，所述无源混频器包括开关管电路和自适应偏置电路，所述开关管电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中，第一MOS管和第三MOS管的第一连接端均与第一差分信号输入端相连，第一MOS管的第二连接端与第一差分信号输出端相连，第三MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连；第二MOS管和第四MOS管的第一连接端均与所述第二差分信号输入端相连，第二MOS管的第二连接端与所述第一差分信号输出端相连，第四MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连，所述自适应偏置电路输出随第一差分信号自适应调整的第一偏置电压给第一MOS管和第三MOS管的控制端；所述自适应偏置电路的第二输出端输出随第二差分信号自适应调整的第二偏置电压给第二MOS管和第四MOS管的控制端。
与现有技术相比，本发明增设有自适应偏置电路，其可以输出随输入信号自适应调整的第一偏置电压和第二偏置电压，从而使得开关管电路中的MOS管的过驱动电压基本保持恒定，从而消除了产生非线性的一大根源，其也可以避免信号在变频器内部损耗的发生。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为一种传统的无源混频器的电路示意图；
图2为本发明在一个实施例中的无源混频器的电路示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
请参考图1所示，其为一种传统的无源混频器的电路示意图，其中的四个MOS管MN1、MN2、MN3和MN4的栅极(gate)均偏置在一个固定直流电压Vg上，而本振信号LOP、LON则通过电容耦合到对应的MOS管的栅极上。注意到MOS管在线性区时其电导是正比于Vgs-Vth的，其中，Vgs为MOS管的栅源电压，Vth为MOS管的阈值电压。如果四个MOS管MN1、MN2、MN3和MN4的栅极均如图1偏置在固定电压Vg上，当输入信号IFN、IFP的电压有较大摆幅时，则电导也是随输入信号IFN、IFP有较大变化，这直接造成了输出信号RFP、RFN的非线性成分。同时当输入信号IFN、IFP摆幅足够大有可能造成MOS管的开关不能完全由本振信号LOP、LON决定，该关断的关断不了从而造成信号在变频器内部循环消耗掉了。
为了提高无源混频器的线性度，避免信号内部循环的情况出现，本发明对传统的无源混频器进行了改进。请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中的无源混频器的电路示意图。图2所示的无源混频器包括开关管电路210和自适应偏置电路220。
所述开关管电路210包括第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3和第四MOS管MN4，其中，第一MOS管MN1和第三MOS管MN3的第一连接端均与第一差分信号输入端IFN相连，第一MOS管MN1的第二连接端与第一差分信号输出端RFP相连，第三MOS管MN3的第二连接端与第二差分信号输出端RFN相连；第二MOS管MN2和第四MOS管MN4的第一连接端均与所述第二差分信号输入端IFP相连，第二MOS管MN2的第二连接端与所述第一差分信号输出端RFP相连，第四MOS管MN4的第二连接端与第二差分信号输出端RFN相连。在图2所示的具体实施例中，所述第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3和第四MOS管MN4均为NMOS晶体管，所述第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3和第四MOS管MN4的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的源极、漏极和栅极。
所述自适应偏置电路220的第一输入端与第一差分信号输入端IFN相连，其第二输入端与所述第二差分信号输入端IFP相连，其第一输出端Vg1与第一MOS管MN1和第三MOS管MN3的控制端相连，其第二输出端Vg2与第二MOS管MN2和第四MOS管MN4的控制端相连。所述自适应偏置电路220的第一输出端输出随第一差分信号IFN自适应调整的第一偏置电压Vg1，给第一MOS管MN1和第三MOS管MN3的控制端，以使得第一MOS管MN1和第三MOS管MN3的过驱动电压基本保持恒定；所述自适应偏置电路的第二输出端输出随第二差分信号IFP自适应调整的第二偏置电压Vg2给第二MOS管MN2和第四MOS管MN4的控制端，以使得第二MOS管MN2和第四MOS管MN4的过驱动电压基本保持恒定。其中，所述第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3和第四MOS管MN4的过驱动电压等于Vgs-Vth，其中，Vgs为MOS管的栅源电压，Vth为MOS管的阈值电压。
在图2所示的具体实施例中，所述自适应偏置电路220包括第一偏置单元222和第二偏置单元224。所述第一偏置单元222包括依次串联的第一电流源I1和第五MOS管MP1，其中，第五MOS管MP1的控制端与第一差分信号输入端IFN相连，所述第一电流源I1产生的电流由第五MOS管MP1的第一连接端流向其第二连接端，所述五MOS管MP1的第一连接端上的电压为所述第一偏置电压Vg1；所述第二偏置单元224包括依次串联的第二电流源I2和第六MOS管MP2，其中，第六MOS管MP2的控制端与第二差分信号输入端IFP相连，所述第二电流源I2产生的电流由第六MOS管MP2的第一连接端流向第二连接端，所述六MOS管MP2的第一连接端上的电压为所述第二偏置电压Vg2。其中，所述第五MOS管MP1和第六MOS管MP2均为PMOS晶体管，所述第五MOS管MP1和第六MOS管MP2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极。
图2所示的无源混频器还包括第一本振信号输入端LON和第二本振信号输入端LOP，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，其中，第一MOS管MN1的控制端通过第一电容C1与第一本振信号输入端LON相连，第三MOS管MN3的控制端通过第三电容C3与第二本振信号输入端LOP相连，第二MOS管MN2的控制端通过第二电容C2与第二本振信号输入端LOP相连，第四MOS管MN4的控制端通过第四电容C4与第一本振信号输入端LON相连。
图2所示的无源混频器还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，其中，第一电阻R1的一端与第一偏置电压Vg1相连，其另一端与第一MOS管MN1的控制端和第一电容C1之间的连接节点相连；第二电阻R2的一端与第二偏置电压Vg2相连，其另一端与第二MOS管MN2的控制端和第二电容C2之间的连接节点相连；第三电阻R3的一端与第一偏置电压Vg1相连，其另一端与第三MOS管MN3的控制端和第三电容C3之间的连接节点相连；第四电阻R4的一端与第二偏置电压Vg2相连，其另一端与第四MOS管MN4的控制端和第四电容C4之间的连接节点相连。
由于图2所示的混频器中增设有自适应偏置电路220，其可以输出随第一差分信号IFN自适应调整的第一偏置电压Vg1，随第二差分信号IFP自适应调整的第二偏置电压Vg2，从而使得开关管电路210中的MOS管MN1-MN4的栅极电压可以随它自己的源极电压自适应地调整。这样就可以基本保证Vgs-Vth不随着差分输入信号IFN、IFP的变化而改变，从而消除了产生非线性的一大根源；同时由于自适应调整，MOS管MN1-MN4的开关完全取决于本振信号LON、LOP，这样就避免了信号在变频器内部损耗的发生。
需要特别说明的是，自适应偏置电路220的实现上可以有多种方法，图2中的适应偏置电路220由源极跟随器实现，但本发明并不局限于此具体电路；本发明中图2所示无源混频器可以作为无源上变频器或无源下变频器。
在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种无源混频器，其特征在于，其包括开关管电路和自适应偏置电路，
所述开关管电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中，第一MOS管和第三MOS管的第一连接端均与第一差分信号输入端相连，第一MOS管的第二连接端与第一差分信号输出端相连，第三MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连；第二MOS管和第四MOS管的第一连接端均与所述第二差分信号输入端相连，第二MOS管的第二连接端与所述第一差分信号输出端相连，第四MOS管的第二连接端与第二差分信号输出端相连，
所述自适应偏置电路输出随第一差分信号自适应调整的第一偏置电压给第一MOS管和第三MOS管的控制端；所述自适应偏置电路的第二输出端输出随第二差分信号自适应调整的第二偏置电压给第二MOS管和第四MOS管的控制端。
2.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，
所述第一偏置电压使得第一MOS管和第三MOS管的过驱动电压基本保持恒定；
所述第二偏置电压使得第二MOS管和第四MOS管的过驱动电压基本保持恒定。
3.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，
所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管均为NMOS晶体管，
所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的源极、漏极和栅极。
4.根据权利要求3所述的无源混频器，其特征在于，
所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的过驱动电压等于Vgs-Vth，其中，Vgs为MOS管的栅源电压，Vth为MOS管的阈值电压。
5.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，其还包括第一本振信号输入端和第二本振信号输入端，第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，
其中，第一MOS管的控制端通过第一电容与第一本振信号输入端相连，第三MOS管的控制端通过第三电容与第二本振信号输入端相连，第二MOS管的控制端通过第二电容与第二本振信号输入端相连，第四MOS管的控制端通过第四电容与第一本振信号输入端相连。
6.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，其还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，
其中，第一电阻的一端与第一偏置电压相连，其另一端与第一MOS管的控制端和第一电容之间的连接节点相连；第二电阻的一端与第二偏置电压相连，其另一端与第二MOS管的控制端和第二电容之间的连接节点相连；第三电阻的一端与第一偏置电压相连，其另一端与第三MOS管的控制端和第三电容之间的连接节点相连；第四电阻的一端与第二偏置电压相连，其另一端与第四MOS管的控制端和第四电容之间的连接节点相连。
7.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，所述自适应偏置电路包括第一偏置单元和第二偏置单元，
所述第一偏置单元包括依次串联的第一电流源和第五MOS管，其中，第五MOS管的控制端与第一差分信号输入端相连，所述第一电流源产生的电流由第五MOS管的第一连接端流向其第二连接端，所述五MOS管的第一连接端上的电压为所述第一偏置电压；
所述第二偏置单元包括依次串联的第二电流源和第六MOS管，其中，第六MOS管的控制端与第二差分信号输入端相连，所述第二电流源产生的电流由第六MOS管的第一连接端流向第二连接端，所述六MOS管的第一连接端上的电压为所述第二偏置电压。
8.根据权利要求7所述的无源混频器，其特征在于，
所述第五MOS管和第六MOS管均为PMOS晶体管，
所述第五MOS管和第六MOS管的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极。
9.根据权利要求1所述的无源混频器，其特征在于，
所述无源混频器为无源上变频器或无源下变频器。
10.一种无线射频发射机，其特征在于，其包括如权利要求1-9所述的无源混频器。
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