CN108880477B - 一种应用于lte mtc电力物联网的吉尔伯特上混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，属于无线通信发射机技术领域，包括：跨导级，用于将输入中频电压信号转换成电流信号；开关级，用于通过本振信号交替控制开关管的导通和截止；负载级，用于将上混频后的电流信号转化为电压信号输出；连接至跨导级的两个滤波电容，用于滤除本振信号泄漏到跨导级的信号。所述两个滤波电容选取使得跨导级传输带宽为中频电压信号2倍的电容。本发明仅在吉尔伯特上混频器的跨导级上加入两个到地的滤波电容，使得跨导级漏极处的信号传输带宽改变，可以滤除本振馈通到输入端的信号，提高端口隔离度又不影响中频信号的传输和电路的其它性能。

Description

一种应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器
技术领域
本发明涉及一种应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，属于无线通信发射机技术领域。
背景技术
在无线通信发射系统里，上混频器是一个关键模块。吉尔伯特混频器是一种应用较广泛的上混频器结构，相对于无源混频器，吉尔伯特混频器拥有静态工作电流，因而具有较大的转换增益。理想的吉尔伯特混频器由于全差分结构，使得差分本振信号会在开关管的漏极完全抵消，使其结构具有理论上的良好的隔离度。但实际上由于本振信号的非理想性，以及晶体管的寄生参数，和工艺偏差使得吉尔伯特上混频器的本振信号还是会引起信号馈通和干扰，尤其是馈通到射频的输入端，这样会影响其他的接收机或者引起了自混频，所以吉尔伯特上混频器必须需要有很好的隔离度。
目前，现有技术中多采用优化本振信号和对版图的细致布局来减小吉尔伯特上混频器本振到输入端的馈通，这样做会增加设计的复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，解决如何减少吉尔伯特上混频器本振到输入端的馈通的问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，包括：
跨导级，用于将输入中频电压信号转换成电流信号；开关级，用于通过本振信号交替控制开关管的导通和截止；负载级，用于将上混频后的电流信号转化为电压信号输出；连接至跨导级的两个滤波电容，用于滤除本振信号泄漏到跨导级的信号。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述两个滤波电容选取使得跨导级传输带宽为中频电压信号2倍的电容。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述跨导级由尾电流源及共源的两个放大管组成。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述开关级由四个开关管组成。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述负载级由两个负载电阻组成。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述吉尔伯特上混频器包括尾电流管、第一放大管和第二放大管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一负载电阻、第二负载电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，其中，输入的中频电压信号分别连接第一放大管的栅极和第二放大管的栅极，且第一放大管的源极和第二放大管的源极同时连接尾电流管的漏极，所述尾电流管的栅极连接及尾电流管的源极接地；所述第一放大管的漏极连接第一滤波电容的一端，且第一滤波电容的另一端接地；所述第二放大管的漏极接第二滤波电容的一端，且第二滤波电容的另一端接地；所述第三开关管和第六开关管的栅极连接本振信号，及第四开关管和第五开关管的栅极连接本振信号，以及所述第三开关管和第四开关管的源极接第一放大管的漏极，且第五开关管和第六开关管的源极接第二放大管的漏极；所述第一负载电阻的一端接电源，第一负载电阻的另一端连接第三开关管和第五开关管的漏极同时接输出，且所述第二负载电阻的一端接电源，第二负载电阻的另一端接第四开关管和第六开关管的漏极同时连接输出。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
本发明的应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，其中第一滤波电容C1和第二滤波电容C2可以滤除本振泄漏到跨导级的信号。本发明通过在开关管M1和M2的漏极分别添加一个对地的滤波电容，在基本不影响其它性能的前提下，就可以极大提高了本振到输入端的隔离度。
与现有的技术相比，本发明仅在吉尔伯特上混频器的跨导级晶体管M1和M2的漏极加入两个到地的滤波电容C1和C2，使得M1和M2的漏极处的信号传输带宽变为20MHz，即为输入频率的2倍。因为本振信号频率为1880MHz-1920MHz，是中频频率的百倍左右，这样即可以滤除本振与本振的高次谐波馈通到输入端的信号，提高端口隔离度，又不影响中频信号的传输和电路的其它性能。
附图说明
图1为本发明吉尔伯特上混频器的电路图。
图2为现有吉尔伯特上混频器与本发明在输入端的瞬态波形对比图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
本发明设计了一种应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，包括：跨导级，用于将输入中频电压信号转换成电流信号；开关级，用于通过本振信号交替控制开关管的导通和截止；负载级，用于将上混频后的电流信号转化为电压信号输出；连接至跨导级的两个滤波电容，用于滤除本振信号泄漏到跨导级的信号。
本实施例给出的一种吉尔伯特上混频器电路结构如图1所示，包括尾电流管M0、第一放大管M1和第二放大管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6、第一负载电阻R1、第二负载电阻R2、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；所述尾电流源M0，由共源的第一放大管M1和第二放大管M2组成跨导级；所述第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6组成的开关级；所述第一负载电阻R1、第二负载电阻R2为负载级；所述第一滤波电容C1和第二滤波电容C2为两个滤波电容。
其中，所述吉尔伯特上混频器输入的中频电压信号VIF+和VIF-分别连接第一放大管M1的栅极和第二放大管M2的栅极，且第一放大管M1的源极和第二放大管M2的源极同时连接尾电流管M0的漏极，所述尾电流管M0的栅极连接VB及尾电流管M0的源极接地；所述第一放大管M1的漏极连接第一滤波电容C1的一端，且第一滤波电容C1的另一端接地；所述第二放大管M2的漏极接第二滤波电容C2的一端，且第二滤波电容C2的另一端接地；所述第三开关管M3和第三六开关管M6的栅极连接本振信号VLO+，及第四开关管M4和第五开关管M5的栅极连接本振信号VLO-，以及所述第三开关管M3和第四开关管M4的源极接第一放大管M1的漏极，且第五开关管M5和第六开关管M6的源极接第二放大管M2的漏极；所述第一负载电阻R1的一端接电源，第一负载电阻R1的另一端连接第三开关管M3和第五开关管M5的漏极同时接输出VO+，且所述第二负载电阻R2的一端接电源，第二负载电阻R2的另一端接第四开关管M4和第六开关管M6的漏极同时连接输出VO-。
所述跨导级的第一放大管M1和第二放大管M2将输入中频电压信号VIF+和VIF-转换成电流信号，开关级的四个开关管M3、M4、M5、M6通过本振信号VLO+和VLO-交替控制开关管的导通和截止，通过第一负载电阻R1和第二负载电阻R2将上混频后的电流转化为电压信号从上混频器的输出端口VO+和VO-输出。因为本振信号可以通过开关管M3、M4、M5、M6的栅源寄生电容馈通至第一放大管M1和第二放大管M2的漏极，从而进一步馈通至输入端。在第一放大管M1和第二放大管M2的漏极加入第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2可以滤除本振泄漏到跨导级的信号。
优选地，所述第一滤波电容C1和第二滤波电容C2要选择其电容大小保证在第一放大管M1和第二放大管M2漏极处的信号传输带宽为20MHz，是中频频率的2倍。因为本振信号频率为1880MHz-1920MHz，是中频频率的百倍左右，这样即可以滤除本振馈通到输入端的信号，又不影响中频信号的传输和电路的其它性能。
本发明给出采用滤波电容后输入端的瞬态波形对比图，如图2所示，对于现有无滤波电容C1和C2的吉尔伯特上混频器可以看到明显有本振信号馈通至输入端。而本发明加入滤波电容后，可以看到在输入端基本没有本振信号馈入，从而极大提高了本振到输入端的隔离度。
综上，本发明仅在吉尔伯特上混频器的跨导级第一放大管M1和第二放大管M2的漏极加入两个到地的滤波电容C1和C2，使得第一放大管M1和第二放大管M2的漏极处的信号传输带宽变为20MHz，即为输入频率的2倍。本发明仅仅在漏极加入两个滤波电容，消除本振与本振的高次谐波泄露至输入端的信号，用以提高端口隔离度，又不影响中频信号的传输和电路的其它性能。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (2)

1.一种应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，其特征在于，包括：
跨导级，用于将输入中频电压信号转换成电流信号；
开关级，用于通过本振信号交替控制开关管的导通和截止；
负载级，用于将上混频后的电流信号转化为电压信号输出；
连接至跨导级的两个滤波电容，用于滤除本振信号泄漏到跨导级的信号；
所述吉尔伯特上混频器，具体包括尾电流管M0、第一放大管M1和第二放大管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6、第一负载电阻R1、第二负载电阻R2、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，其中，输入的中频电压信号VIF+和VIF-分别连接第一放大管M1的栅极和第二放大管M2的栅极，且第一放大管M1的源极和第二放大管M2的源极同时连接尾电流管M0的漏极，所述尾电流管M0的栅极连接偏置电压VB及尾电流管M0的源极接地；所述第一放大管M1的漏极连接第一滤波电容C1的一端，且第一滤波电容C1的另一端接地；所述第二放大管M2的漏极接第二滤波电容C2的一端，且第二滤波电容C2的另一端接地；所述第三开关管M3和第六开关管M6的栅极连接本振信号VLO+，及第四开关管M4和第五开关管M5的栅极连接本振信号VLO-，以及所述第三开关管M3和第四开关管M4的源极接第一放大管M1的漏极，且第五开关管M5和第六开关管M6的源极接第二放大管M2的漏极；所述第一负载电阻R1的一端接电源，第一负载电阻R1的另一端连接第三开关管M3和第五开关管M5的漏极同时接输出VO+，且所述第二负载电阻R2的一端接电源，第二负载电阻R2的另一端接第四开关管M4和第六开关管M6的漏极同时连接输出VO-。
2.根据权利要求1所述应用于LTE MTC电力物联网的吉尔伯特上混频器，其特征在于：所述两个滤波电容选取使得跨导级传输带宽为中频电压信号2倍的电容。
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