CN115606100A

CN115606100A - 射频调制器装置

Info

Publication number: CN115606100A
Application number: CN202180034748.1A
Authority: CN
Inventors: 马尔科·佩萨; 萨米·卡沃宁
Original assignee: Nordic Semiconductor ASA
Current assignee: Nordic Semiconductor ASA
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2021-05-13
Publication date: 2023-01-13
Also published as: US20230223971A1; EP4150767A1; WO2021229037A1; GB202007234D0

Abstract

一种射频调制器(1‑3)装置，包括基带级(1)、混频器级(2)和射频级(3)。基带级(1)包括：输入线，用于接收表示基带输入信号的输入电流(10)；基带晶体管(11、12)，在其第一端子和第二端子之间传递一些或全部输入电流(10)；输入线和基带晶体管(11、12)的控制端子之间的电连接(13)；以及输出线，连接到所述控制端子。混频器级(2)接收来自基带级(1)的信号(BB_I_p，BB_I_n)并且将其与射频本振信号混频以生成射频混频信号(V_RF_p，V_RF_n)。射频级(3)接收射频混频信号(V_RF_p，V_RF_n)，将射频混频信号(V_RF_p，V_RF_n)施加到射频晶体管(30、31)的控制端子，使其在其第一端子和第二端子之间传递射频输出电流(I_RF_p，I_RF_n)，并且将射频输出电流(I_RF_p，I_RF_n)作为输出信号(RF_out)输出。

Description

射频调制器装置

背景技术

本发明涉及一种射频(RF)调制器装置。

RF调制器用在无线电发射器中，以将电基带信号上变频为射频。得到的电RF信号可以被传递到合适的无线电天线以作为无线电波传输。基带信号可以使用相位、频率和幅度调制中的一个或更多个来编码数据，例如使用相移键控(PSK)或频移键控(FSK)。

RF调制器将基带信号与由本地振荡器(LO)在RF载波频率上生成的周期信号混频。混频过程有意地是非线性的，以在根据输入信号的射频上生成和分量和差分量。然而，除了这种期望的混频效果之外，还期望RF调制装置尽可能的线性，以使其生成最小的互调失真，否则会导致带外发射。

已知使用8相混频器实现高度线性的发射器，以尝试减少混频器输出的输出处的3阶和5阶RF谐波，这又会减少在RF放大器级输入处生成的3阶和5阶副交调产物CIM3和CIM5。然而，使用8相混频器导致相当大的复杂性、电流消耗和管芯面积。

本发明提供了一种新型的RF调制器设计，其能够提供高线性度而不需要使用这种复杂的混频器。

发明内容

从第一方面，本发明提供一种射频调制器装置，包括：

基带级；

混频器级；以及

射频级，

其中，基带级包括：

输入线，用于接收表示基带输入信号的输入电流；

基带晶体管，布置成在基带晶体管的第一端子和第二端子之间传递一些或全部输入电流；

输入线和基带晶体管的控制端子之间的电连接；以及

输出线，连接到基带晶体管的控制端子；

其中，混频器级：

布置成接收来自基带级的输出线的信号；以及

配置为将接收到的信号与射频本振信号混频以生成射频混频信号；以及

其中，射频级：

布置成接收来自混频器级的射频混频信号；

包括射频晶体管；

配置为将射频混频信号施加到射频晶体管的控制端子，以使射频晶体管在射频晶体管的第一端子和第二端子之间传递射频输出电流；以及

包括输出线，用于将射频输出电流作为射频输出信号输出。

从第二方面，本发明提供了一种包括这种射频调制器装置的无线电发射器装置。

因此将看到，根据本发明，基带级中的第一闭环(例如二极管连接的)晶体管的控制端子经由上变频混频器级电耦接到控制RF输出信号中的电流的流动的第二晶体管的控制端子。这种布置可以有效地作为电流镜操作，整个调制器是电流镜，横跨混频器级。基带晶体管用作电流镜的二极管连接的输入晶体管，而RF晶体管用作镜像输出晶体管。

已发现这种设计通过电流镜线性化原理提供模拟预失真，即使对于相对简单的无源混频器，诸如4相无源混频器，也能够提供高度线性的工作情况。当例如在单个硅芯片上被实现为集成电路时，该调制器不需要大的面积，并且可以具有低电流消耗。

在一组实施方式中，基带晶体管和射频晶体管是场效应晶体管(FET)；第一端子和第二端子是漏极和源极，并且控制端子是栅极。在另一组实施方式中，基带晶体管和射频晶体管是双极型晶体管；第一端子和二端子是集电极和发射极，并且控制端子是基极。

基带晶体管可以与RF晶体管相同或相似。这可以在调制器上提供准确的电流镜像性能。它们可以具有相同的电压或电流增益。在一些实施方式中，基带晶体管和RF晶体管二者均为FET晶体管，例如二者是MOS晶体管，诸如NMOS晶体管。它们可以具有相同的栅极宽度和/或栅极长度和/或氧化物厚度和/或阈值电压。在基带和RF晶体管二者均为双极结型晶体管(BJT)的实施方式中，它们可以具有相同的基极厚度和/或集电极-基极结面积和/或发射极-基极结面积。这里的“相同”优选地意味着至少在制造公差内相同。这是因为当使用完全相似的基带和RF晶体管时，可以实现良好的线性。然而，在一些实施方式中，“相同”可能意味着在5％或10％之内。如果晶体管不相似，则在基带级中可能出现模拟预失真，其在射频级部分中无法被正确消除，导致较小的线性混频结果。

基带级可以包括多个基带晶体管，例如并联布置的一组晶体管，一起布置成传递一些或全部输入电流。该组基带晶体管中的每一个的相应的控制端子可以连接到输入线。附加地或替选地，RF级可以包括多个RF晶体管，例如并联布置的一组晶体管，一起布置成传递射频输出电流。该组RF晶体管中的每一个的相应的控制端子可以被布置成接收射频混频信号。各个组中的单独的基带晶体管和RF晶体管均可以相同，即两组晶体管均使用相同的单元元件构建。这可以允许RF调制器的一些实施方式向镜像电流提供可预测的增益，而不是一致地对输入电流进行镜像。通过在两组中使用相同的单元晶体管，可以方便地将增益确定为每组中的激活的晶体管的数量之比。基带级可以包括一个或更多个开关，用于可切换地使能和禁用多个基带晶体管中的一个或更多个(即，用于将其连接到电流路径中和将其从中排除)。射频调制器装置可以提供接口(例如，处理器可以通过总线访问的寄存器接口)，用于控制多个基带晶体管中的多少基带晶体管被使能。附加地或替选地，RF级可以包括一个或更多个开关，用于可切换地使能和禁用多个RF晶体管中的一个或更多个。射频调制器装置可以提供接口(例如，寄存器接口)，用于控制多个射频晶体管中的多少射频晶体管被使能。这可以允许以编程方式控制增益水平。在一些实施方式中，增益可以在一组值之间选择，这些值可以包括以下中的一个或更多个：一、一个或更多个大于一的值(即放大)和一个或更多个分数值(即衰减)。这可以允许RF调制器支持宽增益控制范围，使其非常适合诸如LTE(长期演进)的无线电协议一起使用。在一些实施方式中，这些值是有理数。

基带晶体管可以是基带跨导(G_m)单元的元件。基带G_m单元可以通过电阻元件将基带晶体管接地以提供电阻负反馈(degeneration)。RF晶体管可以是RF跨导(G_m)单元的元件。RF G_m单元可以通过电阻元件将RF晶体管接地以提供电阻负反馈。每个电阻元件可以是专用元件，诸如电阻器或偏置在线性(三极管)区域的MOS晶体管，或者可以与其他特征结合而提供，诸如电阻使能开关(即用于使能G_m单元的开关，其中电阻被并入开关)。

输入线和基带晶体管的控制端子之间的电连接可以是直接连接，但在优选的一组实施方式中，该连接包括放大器。放大器可以是电压放大器，诸如运算放大器。放大器因此可以闭合基带晶体管的环路。放大器可以确保进入基带级的输入电流仅有小的阻抗，以在驱动基带电流的电路中更容易获得高线性度。由于其缓冲能力，放大器可以帮助避免基带部分的同相部分和正交部分之间的串扰(所谓的倾斜(tilt))，并且可以确保混频器级的良好增益。

放大器可以具有连接到输入线的第一输入和连接到基带晶体管的控制端子的输出。它可以具有用于连接到参考电压的第二输入(例如差分输入)。参考电压可以限定输入线处的电压。放大器可以被配置为将基带晶体管的控制端子驱动到来自输入线的所有输入电流被基带晶体管或一组基带晶体管吸取的电压。

由于基带晶体管的控制端子也连接到混频器，因此放大器也可以驱动混频器级，以及驱动基带晶体管。因此，放大器输出可以呈现预失真的电压波形，当被驱动到RF晶体管(在电流镜的镜像侧)时，该波形需要产生相似的高线性度电流。在电流镜的二极管连接的基带晶体管和镜像RF晶体管之间存在混频器级可以使具有高度线性的基带成分的输入电流能够传输到RF，同时保持高线性度。

放大器可以帮助补偿基带晶体管和射频晶体管之间的电容损耗。它还可以在放大器的带宽内降低向输入线提供输入电流的电流源所看到的阻抗。较小的阻抗可以减轻对驱动模块的要求并且在电流源中实现高线性度。

基带级可以包括连接到输出线的电容器。电容器可以被布置成向输出线提供瞬态电流。当放大器的带宽可能阻止放大器在开关操作期间能够对瞬态做出足够快的反应时，这对于防止在混频器和RF级内快速切换期间的输出线上的电压下降是有用的。

RF调制器可以是差分调制器。基带级可以包括用于接收差分输入电流的一对输入线和用于将差分输出信号输出到混频器级的一对输出线。它可以包括各自的基带晶体管并且可以可选地包括连接到每个输入线的相应的放大器。它可以包括连接到每个输出线的相应的电容器。

RF调制器可以是正交调制器。基带级可以包括同相部分和正交部分。这两个部分可以是相同的。每个部分可以包括基带晶体管和放大器。当被配置为接收差分输入信号时，每个部分可以包括一对基带晶体管和一对放大器。

混频器可以是无源混频器。它可以是电压混频器。它可以是正交混频器。它可以是四相混频器，但是它也可以是两相混频器或使用更多相的混频器。

在一些实施方式中，基带级可以包括用于对输入信号进行滤波的一个或更多个滤波器。滤波可以设置在输入线上，在基带晶体管之前，或者可以设置在放大器周围。

RF调制器可以被配置为在千兆赫频率下工作，例如接收约2.4GHz的本振信号。

RF级可以是RF放大器级。RF晶体管或一组连接的RF晶体管可以例如通过具有与基带晶体管不同的有效栅极面积(当使用FET时)或不同的有效基极-发射极和基极-集电极面积(当使用BJT时)，提供电流的放大或衰减。在一些实施方式中，调制器的增益可以是整数或有理数；这可以通过在基带级和RF级中提供整数比的相同晶体管来实现。

调制器可以实现为集成电路(IC)设备，诸如在片上系统(SoC)上实现。

无线电发射器装置可以包括连接到RF级的输出线的功率放大器。发射器装置可以包括直接或间接连接到输出线的天线。该装置可以包括以下中的任何一个或更多个：电源，诸如电池；一个或更多个处理器，用于生成基带输入信号；晶体振荡器，例如用于生成本振信号或多个信号；用户接口；分立部件；集成部件；等等。

无线电调制器可以适用于调制LTE(长期演进)信号和/或Bluetooth^TM(蓝牙)信号，诸如Bluetooth Low Energy^TM(蓝牙低功耗)信号，和/或任何其他无线电信号，用于无线电发射。无线电发射器装置可以包括LTE(长期演进)无线电发射器。

本文提及的电路可以包括开路和闭路部分，即不一定要连接到电源。

本文描述的任何方面或实施方式的特征可以在适当的情况下应用于本文描述的任何其他方面或实施方式。在提及不同实施方式或实施方式组的情况下，应当理解这些实施方式或实施方式组不一定是不同的，也可以是交叠的。

附图说明

现将参照附图仅以示例的方式描述本发明的某些优选实施方式，其中：

图1是实施本发明的差分正交RF发射器调制器的基带级的电路图；

图2是差分正交RF发射器调制器的无源混频器级的电路图；

图3是差分正交RF发射器调制器的RF放大器级的电路图；

图4是实施本发明的单端RF发射器调制器的电路图；以及

图5是基于传统设计原理的基带级的电路图；

图6是比较了传统设计与实施本发明的RF发射器调制器的输出电流和三阶副交调产物(CIM3)相对于基带电平的曲线图。

具体实施方式

图1至图3示出了实施本发明的差分正交RF发射器调制器电路1-3。

图1所示的基带(BB)级1向图2所示的四相无源混频器级2输出差分基带信号BB_I_n、BB_I_p、BB_Q_n、BB_Q_p。混频器级2将差分射频信号V_RF_p、V_RF_n输出到图3所示的RF放大器级3。

整个RF调制器电路可以在硅中实现。它可以形成更大的电路的一部分，诸如CMOS片上无线电设备，该设备可以包括一个或更多个处理器、存储器、总线等。它可以是LTE(长期演进)集成电路芯片或Bluetooth Low Energy^TM集成电路芯片的一部分。调制器可以是更大的电子装置的一部分，诸如联网的传感器设备，例如连接到电源、外部天线等。

在详细描述图1至图3的详细的差分正交(IQ)实现方案之前，首先考虑图4是有用的，其示出了较简单的单端实施方式，然而其以相同的基本原理运行。

图4和图1至图3的RF发射器调制器二者均使用缓冲电流镜概念操作，其中基带级和RF放大器级一起用作电流镜，跨越RF混频器级，以使基带输入信号的电流在RF放大器级的RF输出中进行镜像(相同或放大或具有分数增益)。

在图4中，电流源40提供模拟输入信号。该信号可以对二进制数据进行编码以通过无线电发射。NMOS“基带”或“二极管连接的”晶体管41、NMOS“射频”或“镜像”晶体管42和运算放大器43一起用作电流镜。二极管连接的晶体管41通过运算放大器43以闭环配置连接。运算放大器43可以将二极管连接的晶体管41的二极管器件栅极驱动到使得来自电流源40的所有输入电流I被二极管晶体管41吸取的电压。

尽管这里描述的示例性实施方式采用场效应晶体管，但是将认识到，在替选实施方式中，可以替代地使用双极型晶体管。

首先，考虑如下情况，两个晶体管41、42之间的串联开关45接通，并且接地开关46断开，使得A点和B点的电压相等(即具有公共节点电压)。

图4的电流镜电路的输出将等于输入电流乘以镜像晶体管42的栅极面积，除以二极管连接的晶体管41的栅极面积。镜像晶体管42和二极管连接的晶体管41典型地具有相同的沟道长度L，并且因此电流增益将与它们各自的栅极宽度W之比成正比。镜像晶体管42可以等于二极管连接的晶体管41，或者它可以更大，例如具有整数倍的栅极面积，使得调制器在RF输出处放大输入信号，或者它可以更小，以使调制器提供分数增益。

如果对直流(DC)源进行镜像，则运算放大器43将有助于补偿晶体管41、42栅极中的潜在的栅极泄漏电流。然而，当运算放大器43用于对交流(AC)信号进行镜像时，如本文那样，运算放大器43的作用更为重要。在这种情况下，运算放大器42将补偿发生在两个晶体管41、42之间的节点处的电容损耗。器件越大，即二极管连接的晶体管41和镜像晶体管42越大，则节点中的电容负载将越大。此外，在运算放大器43闭合二极管环路时，它有效地降低在运算放大器43带宽内的由输入电流源40所看到的阻抗。较小的阻抗可减轻对驱动模块的要求并且在电流源设计中实现高线性度。

由于驱动输入源是电流，因此二极管连接的晶体管41不具有从栅源电压(Vgs)到漏级电流(Id)的线性传递函数。如果输入电流源40驱动完美正弦信号，即没有谐波成分，则A点(等于B)处的节点电压将是预失真电压，并且当驱动到与二极管连接的晶体管41相似的器件(诸如镜像晶体管42)时，相似器件的输出将接近完美线性。在这种缓冲电流镜布置中，输出电流将是输入电流I的非常接近的复制品，仅在幅度上进行了缩放。实际上，运算放大器43的特性，诸如带宽和DC增益，将决定AC输出电流对AC输入电流的模拟程度。

现在考虑位于二极管连接的晶体管41和镜像晶体管42之间的节点处的开关45、46。当断开时，串联开关45将镜像晶体管42的栅极与二极管连接的晶体管41和运算放大器43断开连接，同时接地开关46在接通时将镜像晶体管42的栅极接地。开关45、46被配置为总是处于彼此相反的状态。在使用中，它们的状态在本地振荡器(LO)(未示出)的控制下以射频(例如2.4GHz)切换。这样，基带输入信号I可以混频到以LO开关频率为中心的射频频带。

当串联开关45不导通时，栅极通过接地开关46放电。因此，镜像晶体管42的有效负载随着开关频率的增加而增加，因为栅极电容需要在每次转换时(即每次串联开关45接通时)充电。然而，运算放大器43可以提供由于这种开关操作而需要的平均电流，即使在高频下也是如此。运算放大器43的带宽(BW)是有限的，因此它对开关操作期间的瞬态反应缓慢；然而，电容器44可以提供必要的瞬态电流以实现镜像晶体管42的快速开关。

现在考虑图1至图3，其使用相同的镜像概念，但在差分IQ调制器电路中实现。

图1示出了提供高线性度的基带(BB)级1。该基带级1经由混频器级2连接到RF放大器级3，如图2和图3中所示。

基带级1具有同相(I)部分，其接收来自同相差分信号源10的差分(p和n)同相(I)电流信号；以及相同的正交相位(Q)部分，其接收来自正交差分信号源110的差分(p和n)正交(Q)电流信号。基带级1可以连接到RF调制器外部的任何合适的源。例如，它可以连接到数字基带级，该数字基带级通过相应的数模转换器(DAC)(未示出)向基带级1提供I和Q信号。数字基带级可以通过对从处理器或其他源接收到的数字数据进行编码而生成I和Q信号。可以可选地在电流源10、110之前提供滤波。

同相部分向相应的闭环二极管连接的跨导(G_m)单元11、12提供非常线性的正(p)和负(n)差分IQ电流I_p、I_n。每个G_m单元11、12包含相应的NMOS晶体管。每个Gm单元11、12还可以包含接地电阻器，以实现电阻负反馈。这些电阻器不是必需的，但是可以有助于提供改进的线性度和/或更好地与RF放大器匹配。G_m单元11、12可以可选地包括并联连接的多个G_m单元的组。组中的每个G_m单元可以具有相应的使能开关器件，例如包括使能晶体管(未示出)。这可以允许以编程方式控制二极管连接的晶体管11、12的总栅极面积。这些G_m单元(或G_m单元组)11、12起到与图4的单端设计中的二极管连接的晶体管41相同的作用。

一对运算放大器13、14对应于图4的运算放大器43，而一对电容器15、16对应于图4的电容器44。由电容器15、16支持的运算放大器13、14的输出被传递到混频器级2，作为基带信号BB_I_p、BB_I_n，用于驱动混频器级2中的IQ调制器开关20-23。这些转而驱动RF放大器3。

正交部分类似地包含一对运算放大器113、114，布置成接通相应的G_m单元或G_m单元111、112的组。一对电容器115、116为正交相位输出信号BB_Q_p和BB_Q_n提供瞬态电流支持，它们被提供给混频器级2中的IQ调制器开关120-123。

图2示出了混频器级2，其包括无源电压混频器。它包括分立的I和Q部分，每个部分接收来自以射频(例如约2.4GHz)振荡的四相本地振荡器(LO)(未示出)的输入。四相LO信号被施加到I部分中的四个晶体管20、21、22、23的栅极，以及Q部分中的成组的四个晶体管120、121、122、123的栅极。晶体管20-23和120-123对基带信号和LO信号进行混频以生成差分RF输出。I和Q输出在混频器级2的输出处组合以提供单个差分RF信号V_RF_p、V_RF_n，该信号被传递到RF放大器3。

混频器级2在不同时间将不同的基带运算放大器13、14、113、114的输出切换到RF放大器级3的输入。因此，每次切换混频器开关20-23、120-123时，RF放大器级3的输入寄生电容被充电到新电压。充电由运算放大器13、14、113、114完成，但也由运算放大器输出电容器15、16、115、116完成。

图3示出了RF放大器级3，其将差分RF信号分量V_RF_p、V_RF_n引导到相应的跨导(G_m)单元组30、31中，每个组包含一个或更多个并联连接的G_m单元，每个G_m单元的尺寸与基带级1中的单个G_m单元相似或相同。这些G_m单元产生放大的差分输出电流I_RF_p、I_RF_n。在一些实施方式中，这可以作为差分信号输出，例如针对电感器或电阻器输出到p和n输出支路二者上的正电源。差分输出可以被提供给差分功率放大器。然而，在本实施方式中，输出电流I_RF_p、I_RF_n通过平衡-不平衡转换器32以生成单端RF信号RF_out。然后可以将该RF_out连接到合适的片上或片外无线电天线(未示出)用于发射，例如经由可选的滤波部分连接到合适的功率放大器级(未示出)。

RF放大器级3中的G_m单元30、31中的每个晶体管与基带级1中的G_m单元11、12、111、112中的每个晶体管相似，即具有相同或相似的栅极宽度、长度和厚度，以及相同或相似的阈值电压。

在一些实施方式中，基带级1中的激活的G_m单元11、12、111、112的数量和/或RF放大器级3中的激活的G_m单元30、31的数量可以是可变的，例如借助使能开关(图1或3中未示出)进行控制。这可用于控制RF调制器的增益，该增益将取决于RF放大器级3中的激活的G_m单元30、31相对于基带级1中的激活的G_m单元11、12、111、112的数量的相对数量。RF发射器调制器1-3可以包括寄存器接口和合适的控制电路(未示出)，其可以通过数据总线(例如由处理器)写入以控制多个基带级和/或放大器级晶体管中的多少个晶体管被使能。

基带级1中的运算放大器13、14、113、114的输出呈现吸取非常线性的基带电流(I_p、I_n、Q_p、Q_n)所需的预失真电压。由于进行开关，相同的电压波形被分段施加到RF放大器级3的输入。因此，RF放大器级3中的G_m单元30、31产生高度线性的输出电流，但是是在射频下。因此，基带级1与混频器级2和RF放大器级3的组合使用保留了电流镜在基带到RF频率转换过程中的固有线性度。

这可以通过将新型的基带级1与图5所示的较简单的设计进行对比而看出。图6中的曲线图示出了本发明的实施方式与较简单的设计之间的性能差异。

图5示出基本的基带级5，其具有由差分同相(I)信号源50馈电的同相(I)部分和由差分正交相位(Q)信号源150馈电的正交相位(Q)部分。同相部分具有输出放大的或缓冲的差分基带信号BB_I_n、BB_I_p的差分输出运算放大器51。每个输出引线连接到相应的电容器52、53，它们可以在需要时向混频器级2提供额外的瞬态电流。正交(Q)部分被相似地布置，具有输出放大的差分基带信号BB_Q_n、BB_Q_p的差分输出运算放大器151，其由两个电容器152、153支持。

基带级5可以连接到与图2和图3所示的那些相似的混频器级和RF放大器级，但是需要在混频器和RF放大器级之间使用AC耦合电容，并且为RF放大器级提供单独的偏置。

然而，即使在基带级5中使用高度线性的电压源50、150时，这种调制器仍会具有次优的线性度。围绕LO谐波调制的基带谐波会相对较高，导致相当大的CIM(副交调)产物和ACPR(邻道功率比)。

相比之下，图1的新型的基带级1能够具有明显更低的不希望的副交调产物(CIM)和交调失真(IMD)产物。然而，基带级1的复杂度与简单的电压模式无源混频器IQ调制器在大致相同的级别，并且显著低于8相调制器的复杂度。电流消耗也很合理。

图6示出了在i)具有简单电压模式驱动设计的RF调制器，其基带级5与图5所示的那个相似和ii)使用本文公开的电流镜像方法实现的新型的RF调制器之间，比较在扫描基带电平时的三阶CIM(CIM3)产物的模拟结果。

顶部的曲线60描绘了两种设计的RF放大器的输出电流；两种设计几乎相同，因此呈现为单条线。这表明两个调制器提供相同的输出电平，并且因此比较它们的线性度是可行的。

两个下面的曲线61、62示出了各自的CIM3产物。两个下面的曲线中的较高的曲线61与传统设计相关，而下面的曲线62与新设计相关。可以看出，新设计在相应的输出功率电平下将CIM3改善了约13dB。

除了这些线性度改进之外，新设计还为增益控制提供了额外的选项，因为可以通过改变基带级1中的激活的G_m单元的数量，例如通过将额外的G_m单元切换到电路中或将其从中排除，来调整电流镜像比。激活基带级1处的更多G_m单元减小电流镜像比并降低增益，而减少基带级1处的激活的G_m单元的数量增大电流镜像比并提高增益。

RF放大器3中的G_m单元在射频下工作，它们优选地是小尺寸的以便具有小的寄生效应。因此，基带级1中的G_m单元11、12、111、112也优选地是小尺寸的。

具有小器件可能使设计容易受到失配效应的影响。当存在失配时，BB_I_p和BB_I_n之间以及BB_Q_p和BB_Q_n之间将存在DC偏移电压。DC偏移电压可能导致RF放大器3的输出处的载波泄漏或本振馈通(LOFT)。至少在一些实施方式中，这可以通过使用任何适当的技术提供DC偏移校准或补偿来减轻。由于基带级失配可能会发生偏移，并且补偿方法可以在基带级1处进行。RF放大器级3处的失配不转移到RF，而是仅在DC电流下可见。如果如在一些实施方式中的那样使用电流模式混频器，则可以针对每个增益步长分别校准偏移，尽管开始时载波泄漏的水平可能较小。

本领域技术人员将认识到，本发明已经通过描述其一个或更多个具体实施方式进行了说明，但是不限于这些实施方式；在所附权利要求的范围内，许多变化和修改是可能的。

Claims

1.一种射频调制器装置，包括：

基带级；

混频器级；以及

射频级，

其中，所述基带级包括：

输入线，用于接收表示基带输入信号的输入电流；

基带晶体管，布置成在所述基带晶体管的第一端子和第二端子之间传递一些或全部所述输入电流；

所述输入线和所述基带晶体管的控制端子之间的电连接；以及

输出线，连接到所述基带晶体管的所述控制端子；

其中，所述混频器级：

布置成接收来自所述基带级的所述输出线的信号；以及

其中，所述射频级：

布置成接收来自所述混频器级的所述射频混频信号；

包括射频晶体管；

配置为将所述射频混频信号施加到所述射频晶体管的控制端子，以使所述射频晶体管在所述射频晶体管的第一端子和第二端子之间传递射频输出电流；以及

包括输出线，用于将所述射频输出电流作为射频输出信号输出。

2.根据权利要求1所述的射频调制器装置，其中，所述基带级、所述混频器级和所述射频级集成在单个硅芯片上。

3.根据权利要求1或2所述的射频调制器装置，其中，所述基带晶体管和所述射频晶体管是场效应晶体管，所述第一端子和所述第二端子是漏极端子和源极端子，并且所述控制端子是栅极端子。

4.根据权利要求3所述的射频调制器装置，其中，所述基带晶体管具有与所述射频晶体管相同的栅极宽度和栅极长度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述基带晶体管是基带跨导单元的元件，以及其中，所述基带跨导单元包括用于将所述基带晶体管接地以提供电阻负反馈的电阻元件。

6.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述基带级包括一组基带晶体管，所述组包括所述基带晶体管和与所述基带晶体管并联布置的一个或更多个另外的基带晶体管，其中，所述一组基带晶体管中的每一个的相应的控制端子连接到所述输入线。

7.根据权利要求6所述的射频调制器装置，其中，所述基带级包括：一个或更多个开关，用于可切换地使能和禁用所述一组基带晶体管中的一个或更多个。

8.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述射频晶体管是射频跨导单元的元件，以及其中，所述射频跨导单元包括用于将所述射频晶体管接地以提供电阻负反馈的电阻元件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述射频级包括一组射频晶体管，所述组包括与所述射频晶体管并联布置的一个或更多个另外的射频晶体管，其中所述一组射频晶体管中的每一个的相应的控制端子被布置成接收所述射频混频信号。

10.根据权利要求9所述的射频调制器装置，其中，所述射频级包括：一个或更多个开关，用于可切换地使能和禁用所述一组射频晶体管中的一个或更多个。

11.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中：

所述基带级包括多个基带晶体管；

所述射频级包括多个射频晶体管；以及

所述多个基带晶体管和所述多个射频晶体管中的每个晶体管是场效应晶体管，其中，所有场效应晶体管具有相同的栅极面积。

12.根据权利要求11所述的射频调制器装置，其中，所述射频调制器装置提供用于控制所述多个基带晶体管中的多少基带晶体管被使能以传递所述输入电流和/或用于控制所述射频晶体管中的多少射频晶体管被使能以传递所述射频输出电流的接口。

13.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，被配置或可控制以提供从所述输入电流到所述射频输出电流的增益，所述增益是有理数。

14.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述输入线和所述基带晶体管的栅极之间的电连接包括放大器。

15.根据权利要求14所述的射频调制器装置，其中，所述放大器是运算放大器。

16.根据权利要求14或15所述的射频调制器装置，其中，所述放大器被配置为将所述基带晶体管或一组基带晶体管的栅极驱动到来自所述输入线的全部输入电流被所述基带晶体管或一组基带晶体管吸取的电压。

17.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，包括：连接到所述输出线的电容器，用于向所述输出线提供瞬态电流。

18.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述射频调制器装置是差分调制器装置，以及其中，所述基带级包括：

一对输入线，用于接收差分输入电流；

一对输出线，用于向所述混频器级输出差分输出信号；以及

连接到每个输入线的相应的基带晶体管或一组基带晶体管。

19.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述射频调制器装置是正交调制器装置，以及其中，所述基带级包括同相部分和正交部分，每个部分包括一组基带晶体管中的相应的基带晶体管。

20.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述混频器级包括无源电压混频器。

21.根据前述权利要求中任一项所述的射频调制器装置，其中，所述混频器级包括四相正交混频器。

22.一种无线电发射器装置，包括根据权利要求1至20中任一项所述的射频调制器装置。

23.根据权利要求22所述的无线电发射器装置，包括功率放大器和天线，其中，所述功率放大器被布置成接收和放大所述射频输出电流，以及其中，所述天线被布置成将放大的射频输出信号作为无线电信号发射。

24.根据权利要求23所述的无线电发射器装置，被配置为使用所述射频调制器装置来发射长期演进无线电信号。