CN117318629A - 混频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混频器，其包括输入级、开关级以及负载级；所述输入级包括差分放大器和输入巴伦，输入巴伦的初级线圈和次级线圈的匝数比为2：1，差分放大器的第一输出端和第二输出端分别连接输入巴伦的初级线圈的第一输入端和第二输入端，输入巴伦的次级线圈的第一输出端和第二输出端分别连接开关级的第一输入端和第二输入端，开关级的各个输出端连接负载级。本发明能使得输入级和开关级之间实现级间匹配，从而能提高该混频器的性能并降低功耗。

Description

混频器

技术领域

本发明涉及射频通信领域，特别是指一种混频器。

背景技术

在射频通信领域，混频器占据着极为重要的地位，混频器用于将前级电路输出的差分射频信号进行混频处理而形成混频电压信号输出。

传统的混频器普遍采用Gilebert结构，配合图1所示，传统的Gilebert结构混频器包括依次连接的输入级（也称跨导级）、开关级和负载级，其中，开关级的四个MOS管需要较强的本振信号来形成理想的开关对，本振信号可以通过交替开关输入的射频电流信号实现电流相位随本振信号频率的周期性变化。输入级主要由两个MOS管形成差分对，输入级将射频输入电压信号转换成射频电流信号输入到开关级。传统的Gilebert结构混频器的变换增益同输入级的跨导成正比，并受到输入级的输出阻抗（即开关级的输入阻抗）的影响。开关级的输入阻抗越小，则输入级的增益就越小，从而导致混频器增益的低下。而为了降低混频器的噪声系数，除了输入级的MOS管需要选择较大的尺寸以及需要供应较大的尾电流给MOS管以外，开关级的MOS管也需要选择较大的尺寸。但随着开关级的MOS管的尺寸的增加，则开关级的输入阻抗降低，即输入级的输出阻抗降低，导致输入级增益的降低以及混频器的噪声系数增加。此外，输入级和开关级的MOS管尺寸的增加也会导致其寄生电容的增加，从而导致混频器高频增益的减少。还有，因为在高频集成电路中，开关级的负载多选择电阻负载，由于电压机动范围的限制，流过开关级的电流不能太大，但是，输入级为了增加增益又需要较大的电流，这也限制了混频器性能的发挥。因此，传统的Gilebert在电流一定的情况下，增益、噪声、线性度等都会受到限制。

为了解决传统的Gilbert结构的混频器的各种问题点，提高混频器的整体增益，降低噪声系数，中国专利CN101145760A公开了一种具有较小失真度的低噪声混频器及方法，中国专利CN101145760A公开的混频器主张在切换级（即开关级）的第一开关对和第二开关对的源极结合节点注入DC电流，这样既不会损失切换级的射频信号，又可以增加输入级的偏置电流，从而提高了输入级的跨导，进而改善了整个混频器的增益和线性度，又减小了闪烁噪声的影响而得以降低噪声系数。同时，为了改善由于输入级的MOS管的漏极和开关级的MOS管的源极存在的较大的寄生容性阻抗而造成的高频增益退化，中国专利CN101145760A还主张在输入级的MOS管的输入端接入电感以改善了高频部分的增益，进而改善了混频器整体的噪声系数性能。

但是，不管是传统的Gilbert结构的混频器，还是中国专利CN101145760A公开的混频器，都存在着在动作频率更高的情况下，混频器的增益上不去、噪声系数下不来、且功耗大等问题。主要原因是，这两种混频器的输入级采用的都是共源放大器结构，在输入级的MOS管处于饱和状态时会使得输入级的输出阻抗较大，而开关级的输入端则是共源电路的源端而使得开关级的输入阻抗较小，因此，输入级与开关级之间存在着巨大的阻抗差异，使得输入级和开关级之间存在级间不匹配的问题而会造成高频信号损失，从而使得输入级的放大效率低下、混频器的功耗增加。

有鉴于上述问题的存在，有必要研究一种混频器，其能使得输入级和开关级之间实现级间匹配，从而能提高该混频器的性能并降低功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混频器，其能使得输入级和开关级之间实现级间匹配，从而能提高该混频器的性能并降低功耗。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种混频器，其包括输入级、开关级以及负载级；所述输入级包括差分放大器和输入巴伦，输入巴伦的初级线圈和次级线圈的匝数比为2：1，差分放大器的第一输出端和第二输出端分别连接输入巴伦的初级线圈的第一输入端和第二输入端，输入巴伦的次级线圈的第一输出端和第二输出端分别连接开关级的第一输入端和第二输入端，开关级的各个输出端连接负载级。

所述差分放大器包括第一放大管、第二放大管、第一电阻、第二电阻和输入级尾电流源，第一放大管的源极和第二放大管的源极连接输入级尾电流源的正极，输入级尾电流源的负极接地，第一放大管的栅极和第二放大管的栅极分别连接差分放大器的第一输入端和第二输入端，第一放大管的漏极和第一电阻的第一端连接差分放大器的第一输出端，第二放大管的漏极和第二电阻的第一端连接差分放大器的第二输出端，第一电阻的第二端和第二电阻的第二端连接输入级电源。

所述差分放大器包括第一放大管、第二放大管和输入级尾电流源，第一放大管的源极和第二放大管的源极连接输入级尾电流源的正极，输入级尾电流源的负极接地，第一放大管的栅极和第二放大管的栅极分别连接差分放大器的第一输入端和第二输入端，第一放大管的漏极连接差分放大器的第一输出端，第二放大管的漏极连接差分放大器的第二输出端；

所述输入巴伦的初级线圈的中心抽头连接输入级电源。

所述开关级包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一开关级电流源和第二开关级电流源，第一开关管的源极、第二开关管的源极和第一开关级电流源的输入端连接开关级的第一输入端，第三开关管的源极、第四开关管的源极和第二开关级电流源的输入端连接开关级的第二输入端，第一开关级电流源的输出端和第二开关级电流源的输出端接地，第一开关管的栅极和第四开关管的栅极连接开关级的第一本振信号端，第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接开关级的第二本振信号端，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接开关级的第一输出端，第二开关管的漏极和第四开关管的漏极连接开关级的第二输出端。

所述开关级包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极和第二开关管的源极连接开关级的第一输入端，第三开关管的源极和第四开关管的源极连接开关级的第二输入端，第一开关管的栅极和第二开关管的栅极分别连接开关级的第一本振信号端和第二本振信号端，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接开关级的第一输出端，第二开关管的漏极和第四开关管的漏极连接开关级的第二输出端；所述输入巴伦的次级线圈的中心抽头连接开关级电流源。

所述负载级包括第一负载电阻和第二负载电阻，第一负载电阻的第一端连接开关级的第一输出端，第二负载电阻的第一端连接开关级的第二输出端，第一负载电阻的第二端和第二负载电阻的第二端连接负载电源。

所述开关级包括第一开关级和第二开关级；第一开关级包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极和第二开关管的源极连接第一开关级的第一输入端，第三开关管的源极和第四开关管的源极连接第一开关级的第二输入端，第一开关管的栅极和第四开关管的栅极连接第一开关级的第一本振信号端，第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接第一开关级的第二本振信号端，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接第一开关级的第一输出端，第二开关管的漏极和第四开关管的漏极连接第一开关级的第二输出端；第二开关级包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的源极和第六开关管的源极连接第二开关级的第一输入端，第七开关管的源极和第八开关管的源极连接第二开关级的第二输入端，第五开关管的栅极和第八开关管的栅极连接第二开关级的第一本振信号端，第六开关管的栅极和第七开关管的栅极分别连接第二开关级的第二本振信号端，第五开关管的漏极和第七开关管的漏极连接第二开关级的第一输出端，第六开关管的漏极和第八开关管的漏极连接第二开关级的第二输出端；第一开关级的第一输入端和第二开关级的第一输入端连接开关级的第一输入端，第一开关级的第二输入端和第二开关级的第二输入端连接开关级的第二输入端，负载级连接第一开关级的第一输出端和第二输出端以及第二开关级的第一输出端和第二输出端，第一开关级的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第一差分本振信号，第二开关级的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第二差分本振信号，第二差分本振信号与第一差分本振信号的相位相差90°；所述输入巴伦的次级线圈的中心抽头连接开关级电流源。

所述负载级包括第一负载电阻、第二负载电阻、第三负载电阻和第四负载电阻，第一负载电阻的第一端连接第一开关级的第一输出端，第二负载电阻的第一端连接第一开关级的第二输出端，第三负载电阻的第一端连接第二开关级的第一输出端，第四负载电阻的第一端连接第二开关级的第二输出端，第一负载电阻的第二端、第二负载电阻的第二端、第三负载电阻的第二端和第四负载电阻的第二端连接负载电源。

所述输入巴伦的初级线圈绕置两圈且初级线圈的两圈交叉设置，所述输入巴伦的次级线圈绕置一圈且次级线圈避让开初级线圈的交叉处。

所述输入巴伦的初级线圈包括第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第一初级衔接段和第二初级衔接段，第一初级半环段位于第二初级半环段外侧，第四半初级环段位于第三初级半环段内侧，第一初级半环段的第一端引出作为初级线圈的第一输入端的第一初级连接段，第一初级半环段的第二端通过第一初级衔接段连接第三初级半环段的第一端，第三初级半环段的第二端连接第二初级半环段的第一端，第二初级半环段的第二端通过第二初级衔接段连接第四半初级环段的第一端，第四半初级环段的第二端引出作为初级线圈的第二输入端的第二初级连接段，第二初级衔接段与第一初级衔接段异面相交设置；所述次级线圈包括第一次级半环段和第二次级半环段，第一次级半环段的第一端引出作为次级线圈的第一输出端的第一次级连接段，第一次级半环段的第二端连接第二次级半环段的第一端，第二次级半环段的第二端引出作为次级线圈的第二输出端的第二次级连接段。

所述第一次级半环段位于第一初级半环段和第二初级半环段之间，第二次级半环段位于第三初级半环段和第四初级半环段之间，第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第二初级衔接段、第一初级连接段、第二初级连接段、第一次级半环段和第二次级半环段处于顶层，第一初级衔接段、第一次级连接段和第二次级连接段则处于底层。

所述初级线圈的第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段和第四半初级环段以及次级线圈的第一次级半环段和第二次级半环段均呈半圆环结构。

所述初级线圈的第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段和第四半初级环段以及次级线圈的第一次级半环段和第二次级半环段均呈半八边形结构。

所述第二初级半环段和第四初级半环段的连接处引出作为初级线圈的中心抽头的初级抽头段；所述第一次级半环段和第二次级半环段的连接处引出作为次级线圈的中心抽头的次级抽头段。

所述输入巴伦的初级线圈绕置两圈且初级线圈T的两圈交叉设置，所述输入巴伦的次级线圈包括并联设置且各自绕置一圈的第一次级线圈和第二次级线圈，输入巴伦的初级线圈夹设于第一次级线圈和第二次级线圈之间。

所述输入巴伦的初级线圈包括第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第一初级衔接段和第二初级衔接段，第一初级半环段位于第二初级半环段外侧，第四半初级环段位于第三初级半环段内侧，第一初级半环段的第一端引出作为初级线圈的第一输入端的第一初级连接段，第一初级半环段的第二端通过第一初级衔接段连接第三初级半环段的第一端，第三初级半环段的第二端连接第二初级半环段的第一端，第二初级半环段的第二端通过第二初级衔接段连接第四半初级环段的第一端，第四半初级环段的第二端引出作为初级线圈的第二输入端的第二初级连接段，第二初级衔接段与第一初级衔接段异面相交设置；所述次级线圈的第一次级线圈包括第一次级半环段和第二次级半环段，第一次级半环段的第一端引出作为次级线圈的第一输出端的第一次级连接段，第一次级半环段的第二端连接第二次级半环段的第一端，第二次级半环段的第二端引出作为次级线圈的第二输出端的第二次级连接段；所述次级线圈的第二次级线圈包括第三次级半环段和第四次级半环段，第三次级半环段的第一端引出第三次级连接段，第三次级连接段通过过孔与第一次级连接段连接，第三次级半环段的第二端连接第四次级半环段的第一端，第四次级半环段的第二端引出第四次级连接段，第四次级连接段通过过孔与第二次级连接段连接；第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第二初级衔接段、第一初级连接段和第二初级连接段处于中间层，第一次级半环段、第二次级半环段、第一次级连接段和第二次级连接段则处于顶层，第一初级衔接段、第三次级半环段、第四次级半环段、第三次级连接段和第四次级连接段则处于底层。

所述第二初级半环段和第四初级半环段的连接处引出作为初级线圈的中心抽头的初级抽头段，第一次级半环段和第二次级半环段的连接处引出作为次级线圈的中心抽头的次级抽头段。

采用上述方案后，本发明的输入级具有输入巴伦，输入巴伦可以起到阻抗变化的作用，输入巴伦的初级线圈和次级线圈的匝数比为2：1而使得输入巴伦的输入阻抗和输出阻抗的比值为4：1的关系，这样通过输入巴伦能降低输入级的输出阻抗（从开关级看到的输入级的输出阻抗），使得输入级的输出阻抗能与开关级的输入阻抗匹配，从而使得输入级和开关级实现级间匹配，使得输入级与开关级的级间不匹配损失降到最低，进而能有效提高混频器的增益和降低混频器的噪声系数，大大地提高了混频器的性能且能降低功耗。而且，输入巴伦的初级线圈和次级线圈T2的匝数比为2：1，这样输入巴伦具有良好的反向隔离度，可以有效降低开关级输入到差分放大器AMP的噪声。

附图说明

图1为传统的Gilebert结构混频器的电路原理图。

图2为本发明的原理框图。

图3为本发明实施例一的电路原理图。

图4为本发明实施例二的电路原理图。

图5为本发明实施例三的电路原理图。

图6为本发明的输入巴伦的第一种实施方式的结构示意图。

图7为本发明的输入巴伦的第二种实施方式的结构示意图。

图8为本发明的输入巴伦的第三种实施方式的结构示意图。

图9为本发明的输入巴伦的第三种实施方式的初级线圈的结构示意图。

图10为本发明的输入巴伦的第三种实施方式的第一次级线圈的结构示意图。

图11为本发明的输入巴伦的第三种实施方式的第一次级线圈的结构示意图。

标号说明：

输入级1，差分放大器AMP，第一放大管M1，第二放大管M2，第一电阻Ra1，第二电阻Ra2，输入级尾电流源Ia，输入巴伦T，初级线圈T1，第一初级半环段T11，第二初级半环段T12，第三初级半环段T13，第四半初级环段T14、第一初级衔接段T15和第二初级衔接段T16，第一初级连接段T17，第二初级连接段T18，初级抽头段T19，次级线圈T2，第一次级线圈T201，第二次级线圈T202，第一次级半环段T21，第二次级半环段T22，第一次级连接段T23，第二次级连接段T24，次级抽头段T25，第三次级半环段T26，第四次级半环段T27，第三次级连接段T28，第四次级连接段T29，交叉处T3，输入级电源VCC，

开关级2，第一开关级21，第二开关级22，第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3，第四开关管Q4，第五开关管Q5，第六开关管Q6，第七开关管Q7，第八开关管Q8，第一开关级电流源Ib1，第二开关级电流源Ib2，第三开关级电流源Ib3，第四开关级电流源Ib4，开关级电流源Ib，

负载级3，第一负载电阻Rb1，第二负载电阻Rb2，第三负载电阻Rb3，第四负载电阻Rb4，负载电源VDD。

具体实施方式

如图2至图11所示，本发明揭示了混频器，其包括输入级1、开关级2以及负载级3；所述输入级1包括差分放大器AMP和输入巴伦T，输入巴伦T的初级线圈T1和次级线圈T2的匝数比为2：1，差分放大器AMP的第一输出端和第二输出端分别连接输入巴伦T的初级线圈T1的第一输入端和第二输入端，输入巴伦T的次级线圈T2的第一输出端和第二输出端分别连接开关级2的第一输入端和第二输入端，开关级2的各个输出端连接负载级3。

本发明的输入级1的输入巴伦T可以起到阻抗变化的作用，输入巴伦T的初级线圈T1和次级线圈T2的匝数比为2：1而使得输入巴伦T的输入阻抗和输出阻抗的比值为4：1的关系，这样通过输入巴伦T能降低输入级1的输出阻抗（从开关级2看到的输入级1的输出阻抗），使得输入级1的输出阻抗能与开关级2的输入阻抗匹配，从而使得输入级1和开关级2实现级间匹配，进而使得输入级1与开关级2的级间不匹配损失降到最低，从而能有效提高混频器的增益和降低混频器的噪声系数，大大地提高了混频器的性能且能降低功耗。而且，输入巴伦T的初级线圈T1和次级线圈T2的匝数比为2：1，这样输入巴伦T具有良好的反向隔离度，可以有效降低开关级2输入到差分放大器AMP的噪声。

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

实施例一

配合图3所示，在本发明的实施例一中，所述差分放大器AMP包括第一放大管M1、第二放大管M2、第一电阻Ra1、第二电阻Ra2和输入级尾电流源Ia，第一放大管M1的源极和第二放大管M2的源极连接输入级尾电流源Ia的正极，输入级尾电流源Ia的负极接地，第一放大管M1的栅极和第二放大管M2的栅极分别连接差分放大器AMP的第一输入端和第二输入端，差分放大器AMP的第一输入端和第二输入端用于接入差分射频信号RF1、RF2，第一放大管M1的漏极和第一电阻Ra1的第一端连接差分放大器AMP的第一输出端，第二放大管M2的漏极和第二电阻Ra2的第一端连接差分放大器AMP的第二输出端，第一电阻Ra1的第二端和第二电阻Ra2的第二端连接输入级电源VCC。

在本发明的实施例一中，所述开关级2包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一开关级电流源Ib1和第二开关级电流源Ib2，第一开关管Q1的源极、第二开关管Q2的源极和第一开关级电流源Ib1的输入端连接开关级2的第一输入端，第三开关管Q3的源极、第四开关管Q4的源极和第二开关级电流源Ib2的输入端连接开关级2的第二输入端，第一开关级电流源Ib1的输出端和第二开关级电流源Ib2的输出端接地，第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极连接开关级2的第一本振信号端，第二开关管Q2的栅极和第三开关管Q3的栅极分别连接开关级2的第二本振信号端，第一开关管Q1的漏极和第三开关管Q3的漏极连接开关级2的第一输出端，第二开关管Q2的漏极和第四开关管Q4的漏极连接开关级2的第二输出端，开关级2的第一输出端和第二输出端连接负载级3，开关级2的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第一差分本振信号Lo1、Lo2。

在本发明的实施例一中，所述负载级3包括第一负载电阻Rb1和第二负载电阻Rb2，第一负载电阻Rb1的第一端连接开关级2的第一输出端，第二负载电阻Rb2的第一端连接开关级2的第二输出端，第一负载电阻Rb1的第二端和第二负载电阻Rb2的第二端连接负载电源VD，第一负载电阻Rb1的第一端和第二负载电阻Rb2的第一端输出第一混频电压信号IF1、IF2。

在本发明的实施例一中，所述差分放大器AMP属于共源差动放大器，该差分放大器AMP的输出阻抗较大，而开关级2的第一输出端连接第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的源极，开关级2的第二输出端连接第三开关管Q3的源极和第四开关管Q4的源极，这样开关级2的输入阻抗较小。在通过匝数比为2：1的输入巴伦T来连接差分放大器AMP和开关级2后，根据巴伦的传输理论，可以实现输入巴伦T的输入阻抗与输出阻抗为4：1的变化，达到差分放大器AMP的输出阻抗与开关级2的输入阻抗的匹配，增加混频器的变换增益；同时使得输入级1和开关级2因阻抗失配造成的信号损失减小，从而使得混频器的噪声系数减小；另外，差分放大器AMP的输出阻抗与开关级2的输入阻抗的不匹配量减小，可以实现同样的增益整体电路的工作电流可以减小，即降低混频器的功耗。

实施例二

配合图4所示，在本发明的实施例二中，所述差分放大器AMP包括第一放大管M1、第二放大管M2和输入级尾电流源Ia，第一放大管M1的源极和第二放大管M2的源极连接输入级尾电流源Ia的正极，输入级尾电流源Ia的负极接地，第一放大管M1的栅极和第二放大管M2的栅极分别连接差分放大器AMP的第一输入端和第二输入端，第一放大管M1的漏极连接差分放大器AMP的第一输出端，第二放大管M2的漏极连接差分放大器AMP的第二输出端。

在本发明的实施例二中，所述开关级2包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的源极连接开关级2的第一输入端，第三开关管Q3的源极和第四开关管Q4的源极连接开关级2的第二输入端，第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极连接开关级2的第一本振信号端，第二开关管Q2的栅极和第三开关管Q3的栅极分别连接开关级2的第二本振信号端，第一开关管Q1的漏极和第三开关管Q3的漏极连接开关级2的第一输出端，第二开关管Q2的漏极和第四开关管Q4的漏极连接开关级2的第二输出端，开关级2的第一输出端和第二输出端连接负载级3，开关级2的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第一差分本振信号Lo1、Lo2。

在本发明的实施例二中，所述负载级3包括第一负载电阻Rb1和第二负载电阻Rb2，第一负载电阻Rb1的第一端连接开关级2的第一输出端，第二负载电阻Rb2的第一端连接开关级2的第二输出端，第一负载电阻Rb1的第二端和第二负载电阻Rb2的第二端连接负载电源VD，第一负载电阻Rb1的第一端和第二负载电阻Rb2的第一端输出第一混频电压信号IF1、IF2。

在本发明的实施例二中，所述输入巴伦T的初级线圈T1的中心抽头连接输入级电源VCC，这样输入巴伦T的初级线圈T1可以作为差分放大器AMP的负载使用；而输入巴伦T的次级线圈T2的中心抽头连接开关级电流源Ib，使得开关级电流源Ib通过输入巴伦T的次级线圈T2给第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4提供尾电流。由前述可知，本发明的实施例二相比较实施例一可以省去第一电阻Ra1、第二电阻Ra2以及第一开关级电流源Ib1和第二开关级电流源Ib2中的一个电流源，这样可以使得本发明的电路结构更加简单、紧凑，有助于降低本发明的成本和体积。

在本发明的实施例二中，本发明通过输入巴伦T实现了差分放大器AMP的输出阻抗与开关级2的输入阻抗的匹配。而且，相比较现有的混频器，本发明的实施例的混频器仅需要消耗较小的直流压降，可以提高电路的输出信号摆幅或者可以减小电路的供电电压。

实施例三

配合图5所示，本发明的实施例三与实施例二的区别在于开关级2和负载级3的结构不同。

在本发明的实施例三中，所述开关级2包括第一开关级21和第二开关级22；第一开关级21包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的源极连接第一开关级21的第一输入端，第三开关管Q3的源极和第四开关管Q4的源极连接第一开关级21的第二输入端，第一开关管Q1的栅极和第四开关管Q4的栅极连接第一开关级21的第一本振信号端，第二开关管Q2的栅极和第三开关管Q3的栅极分别连接第一开关级21的第二本振信号端，第一开关管Q1的漏极和第三开关管Q3的漏极连接第一开关级21的第一输出端，第二开关管Q2的漏极和第四开关管Q4的漏极连接第一开关级21的第二输出端；第二开关级22包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8，第五开关管Q5的源极和第六开关管Q6的源极连接第二开关级22的第一输入端，第七开关管Q7的源极和第八开关管Q8的源极连接第二开关级22的第二输入端，第五开关管Q5的栅极和第八开关管Q8的栅极连接第二开关级22的第一本振信号端，第六开关管Q6的栅极和第七开关管Q7的栅极分别连接第二开关级22的第二本振信号端，第五开关管Q5的栅极和第六开关管Q6的栅极分别连接第二开关级22的第一本振信号端和第二本振信号端，第五开关管Q5的漏极和第七开关管Q7的漏极连接第二开关级22的第一输出端，第六开关管Q6的漏极和第八开关管Q8的漏极连接第二开关级22的第二输出端；第一开关级21的第一输入端和第二开关级22的第一输入端连接开关级2的第一输入端，第一开关级21的第二输入端和第二开关级22的第二输入端连接开关级2的第二输入端，负载级3连接第一开关级21的第一输出端和第二输出端以及第二开关级22的第一输出端和第二输出端，第一开关级21的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第一差分本振信号Lo1、Lo2，第二开关级22的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第二差分本振信号Lo1’、Lo2’，第二差分本振信号Lo1’、Lo2’与第一差分本振信号Lo1、Lo2的相位相差90°。

在本发明的实施例三中，所述负载级3包括第一负载电阻Rb1、第二负载电阻Rb2、第三负载电阻Rb3和第四负载电阻Rb4，第一负载电阻Rb1的第一端连接第一开关级21的第一输出端，第二负载电阻Rb2的第一端连接第一开关级21的第二输出端，第三负载电阻Rb3的第一端连接第二开关级22的第一输出端，第四负载电阻Rb4的第一端连接第二开关级22的第二输出端，第一负载电阻Rb1的第二端、第二负载电阻Rb2的第二端、第三负载电阻Rb3的第二端和第四负载电阻Rb4的第二端连接负载电源VDD。第一负载电阻Rb1的第一端和第二负载电阻Rb2的第一端输出第一混频电压信号IF1、IF2，第三负载电阻Rb3的第一端和第四负载电阻Rb4的第一端输出第二混频电压信号IF1’、IF2’。

在本发明的实施例三中，本发明的混频器属于一种正交混频器，第一负载电阻Rb1的第一端、第二负载电阻Rb2的第一端、第三负载电阻Rb3的第一端和第四负载电阻Rb4的第一端连接有多相滤波器电路，由多相滤波器电路对第一混频电压信号IF1、IF2和第二混频电压信号IF1’、IF2’中的镜像信号进行滤除。其中，正交混频器对差分射频信号RF1、RF2及差分射频信号RF1、RF2的镜像信号混频后输出频率相同的第一混频电压信号IF1、IF2和第二混频电压信号IF1’、IF2’，第一混频电压信号IF1、IF2和第二混频电压信号IF1’、IF2’中的有用信号的相位和与有用信号镜像的镜像信号的相位相反，而多相滤波器电路则可以使得不需要的镜像信号相互抵消和使得需要的有用信号相互叠加，从而达到对第一混频电压信号IF1、IF2和第二混频电压信号IF1’、IF2’中的镜像信号进行滤除、抑制的效果。

在本发明中，本发明的输入巴伦T具有三种实施方式，以下具体介绍。

配合图6所示，在本发明的输入巴伦T的第一种实施方式中，所述输入巴伦T的初级线圈T1绕置两圈且初级线圈T的两圈交叉设置，所述输入巴伦T的次级线圈T2绕置一圈且次级线圈T2避让开初级线圈T1的交叉处T3；所述输入巴伦T的初级线圈T1呈轴对称结构而使得输入巴伦T可以用作差分电感而对为差分放大器AMP提供理想的差分负载。具体的，所述输入巴伦T的初级线圈T1包括第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13、第四半初级环段T14、第一初级衔接段T15和第二初级衔接段T16，第一初级半环段T11位于第二初级半环段T12外侧，第四半初级环段T14位于第三初级半环段T13内侧，第一初级半环段T11的第一端引出作为初级线圈T1的第一输入端的第一初级连接段T17，第一初级半环段T11的第二端通过第一初级衔接段T15连接第三初级半环段T13的第一端，第三初级半环段T13的第二端连接第二初级半环段T12的第一端，第二初级半环段T12的第二端通过第二初级衔接段T16连接第四半初级环段T14的第一端，第四半初级环段T14的第二端引出作为初级线圈T1的第二输入端的第二初级连接段T18，第二初级衔接段T16与第一初级衔接段T15异面相交设置而使得初级线圈T的两圈交叉设置；所述次级线圈T2包括第一次级半环段T21和第二次级半环段T22，第一次级半环段T21位于第一初级半环段T11和第二初级半环段T12之间，第二次级半环段T22位于第三初级半环段T13和第四初级半环段T14之间，第一次级半环段T21的第一端引出作为次级线圈T2的第一输出端的第一次级连接段T23，第一次级半环段T21的第二端连接第二次级半环段T22的第一端，第二次级半环段T22的第二端引出作为次级线圈T2的第二输出端的第二次级连接段T24；其中，第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13、第四半初级环段T14、第二初级衔接段T16、第一初级连接段T17、第二初级连接段T18、第一次级半环段T21和第二次级半环段T22处于顶层而由同一顶层金属制成，第一初级衔接段T15、第一次级连接段T23和第二次级连接段T24则处于底层而由同一底层金属制成；若是初级线圈T1的第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13、第四半初级环段T14、第一初级衔接段T15、第一初级连接段T17和第二初级连接段T18采用最顶层的金属制成则可以获得较小的寄生电容，从而获得较高的自谐振频率；另外顶层金属与衬底的耦合较小，衬底对输入巴伦T的影响比较弱，所以可以提高工作频率，较小损耗。另外，配合图6所示，所述初级线圈T1的第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13和第四半初级环段T14以及次级线圈T2的第一次级半环段T21和第二次级半环段T22均呈半圆环结构，使得本发明的输入巴伦T为圆形巴伦，这样输入巴伦T的Q值最好、性能比较高。

配合图7所示，在本发明的输入巴伦T的第二种实施方式中，所述输入巴伦T的初级线圈T1也绕置两圈且初级线圈T的两圈交叉设置，所述输入巴伦T的次级线圈T2也绕置一圈且次级线圈T2避让开初级线圈T1的交叉处T3；所述输入巴伦T的初级线圈T1呈轴对称结构而使得输入巴伦T可以用作差分电感而对为差分放大器AMP提供理想的差分负载；具体的，所述输入巴伦T的初级线圈T1包括第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13、第四半初级环段T14、第一初级衔接段T15和第二初级衔接段T16，第一初级半环段T11位于第二初级半环段T12外侧，第四半初级环段T14位于第三初级半环段T13内侧，第一初级半环段T11的第一端引出作为初级线圈T1的第一输入端的第一初级连接段T17，第一初级半环段T11的第二端通过第一初级衔接段T15连接第三初级半环段T13的第一端，第三初级半环段T13的第二端连接第二初级半环段T12的第一端，第二初级半环段T12的第二端通过第二初级衔接段T16连接第四半初级环段T14的第一端，第四半初级环段T14的第二端引出作为初级线圈T1的第二输入端的第二初级连接段T18，第二初级衔接段T16与第一初级衔接段T15异面相交设置而使得初级线圈T的两圈交叉设置，第二初级半环段T12和第四初级半环段T14的连接处引出作为初级线圈T1的中心抽头的初级抽头段T19；所述次级线圈T2包括第一次级半环段T21和第二次级半环段T22，第一次级半环段T21的第一端引出作为次级线圈T2的第一输出端的第一次级连接段T23，第一次级半环段T21的第二端连接第二次级半环段T22的第一端，第二次级半环段T22的第二端引出作为次级线圈T2的第二输出端的第二次级连接段T24，第一次级半环段T21和第二次级半环段T22的连接处引出作为次级线圈T2的中心抽头的次级抽头段T25；其中，第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13、第四半初级环段T14、第二初级衔接段T16、第一初级连接段T17和第二初级连接段T18处于顶层而由同一顶层金属制成，第一初级衔接段T15、第一次级半环段T21、第二次级半环段T22、第一次级连接段T23和第二次级连接段T24则处于底层而由同一底层金属制成，这样输入巴伦T采用叠层的立体结构而有助于降低输入巴伦T的平面面积而降低芯片成本，同时采用叠层的立体结构输入巴伦T可以在横、纵两个方向进行耦合而使得输入巴伦T可以获取较大的耦合系数，并且采用叠层的立体结构输入巴伦T可以使得初级线圈T1和次级线圈T2之间的间距小而使能获得比较大的寄生电容以增大耦合指数，从而改善输入巴伦T的插入损耗。另外，配合图7所示，所述初级线圈T1的第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13和第四半初级环段T14以及次级线圈T2的第一次级半环段T21和第二次级半环段T22均呈半八边形结构，使得本发明的输入巴伦T整体呈近似八边形结构，使得输入巴伦T的Q值较大。

配合图8至图11所示，在本发明的输入巴伦T的第三种实施方式中，所述输入巴伦T的初级线圈T1也绕置两圈且初级线圈T的两圈交叉设置，所述输入巴伦T的次级线圈T2包括并联设置且各自绕置一圈的第一次级线圈T201和第二次级线圈T202，输入巴伦T的初级线圈T1夹设于第一次级线圈T201和第二次级线圈T202之间，这样输入巴伦T的初级线圈T1和次级线圈T2之间的寄生电容最大，从而增大了输入巴伦T的纵向耦合而使得输入巴伦T得到较大的耦合系数；而且第一次级线圈T201和第二次级线圈T202并联设置而能降低次级的寄生电阻，使欧姆损耗降低，从而改善输入巴伦T的插入损耗；具体的，所述输入巴伦T的初级线圈T1包括第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13、第四半初级环段T14、第一初级衔接段T15和第二初级衔接段T16，第一初级半环段T11位于第二初级半环段T12外侧，第四半初级环段T14位于第三初级半环段T13内侧，第一初级半环段T11的第一端引出作为初级线圈T1的第一输入端的第一初级连接段T17，第一初级半环段T11的第二端通过第一初级衔接段T15连接第三初级半环段T13的第一端，第三初级半环段T13的第二端连接第二初级半环段T12的第一端，第二初级半环段T12的第二端通过第二初级衔接段T16连接第四半初级环段T14的第一端，第四半初级环段T14的第二端引出作为初级线圈T1的第二输入端的第二初级连接段T18，第二初级衔接段T16与第一初级衔接段T15异面相交设置而使得初级线圈T的两圈交叉设置，第二初级半环段T12和第四初级半环段T14的连接处引出作为初级线圈T1的中心抽头的初级抽头段T19；所述次级线圈T2的第一次级线圈T201包括第一次级半环段T21和第二次级半环段T22，第一次级半环段T21的第一端引出作为次级线圈T2的第一输出端的第一次级连接段T23，第一次级半环段T21的第二端连接第二次级半环段T22的第一端，第二次级半环段T22的第二端引出作为次级线圈T2的第二输出端的第二次级连接段T24，第一次级半环段T21和第二次级半环段T22的连接处引出作为次级线圈T2的中心抽头的次级抽头段T25；所述次级线圈T2的第二次级线圈T202包括第三次级半环段T26和第四次级半环段T27，第三次级半环段T26的第一端引出第三次级连接段T28，第三次级连接段T28通过过孔与第一次级连接段T23连接，第三次级半环段T26的第二端连接第四次级半环段T27的第一端，第四次级半环段T27的第二端引出第四次级连接段T29，第四次级连接段T29通过过孔与第二次级连接段T24连接；其中，第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13、第四半初级环段T14、第二初级衔接段T16、第一初级连接段T17和第二初级连接段T18处于中间层而由同一中间层金属制成，第一次级半环段T21、第二次级半环段T22、第一次级连接段T23和第二次级连接段T24则处于顶层而由同一顶层金属制成，第一初级衔接段T15、第三次级半环段T26、第四次级半环段T27、第三次级连接段T28和第四次级连接段T29则处于底层而由同一底层金属制成，这样使得初级线圈T1夹设于第一次级线圈T201和第二次级线圈T202之间。另外，配合图8至图11所示，所述初级线圈T1的第一初级半环段T11、第二初级半环段T12、第三初级半环段T13和第四半初级环段T14、次级线圈T2的第一次级线圈T201的第一次级半环段T21和第二次级半环段T22、以及次级线圈T2的第二次级线圈T202的第三次级半环段T26和第四次级半环段T27均呈半八边形结构，使得本发明的输入巴伦T整体呈近似八边形结构，使得输入巴伦T的Q值较大。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (17)

1.混频器，其特征在于：包括输入级、开关级以及负载级；所述输入级包括差分放大器和输入巴伦，输入巴伦的初级线圈和次级线圈的匝数比为2：1，差分放大器的第一输出端和第二输出端分别连接输入巴伦的初级线圈的第一输入端和第二输入端，输入巴伦的次级线圈的第一输出端和第二输出端分别连接开关级的第一输入端和第二输入端，开关级的各个输出端连接负载级。

2.如权利要求1所述的混频器，其特征在于：所述差分放大器包括第一放大管、第二放大管、第一电阻、第二电阻和输入级尾电流源，第一放大管的源极和第二放大管的源极连接输入级尾电流源的正极，输入级尾电流源的负极接地，第一放大管的栅极和第二放大管的栅极分别连接差分放大器的第一输入端和第二输入端，第一放大管的漏极和第一电阻的第一端连接差分放大器的第一输出端，第二放大管的漏极和第二电阻的第一端连接差分放大器的第二输出端，第一电阻的第二端和第二电阻的第二端连接输入级电源。

3.如权利要求1所述的混频器，其特征在于：所述差分放大器包括第一放大管、第二放大管和输入级尾电流源，第一放大管的源极和第二放大管的源极连接输入级尾电流源的正极，输入级尾电流源的负极接地，第一放大管的栅极和第二放大管的栅极分别连接差分放大器的第一输入端和第二输入端，第一放大管的漏极连接差分放大器的第一输出端，第二放大管的漏极连接差分放大器的第二输出端；

所述输入巴伦的初级线圈的中心抽头连接输入级电源。

4.如权利要求1所述的混频器，其特征在于：所述开关级包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一开关级电流源和第二开关级电流源，第一开关管的源极、第二开关管的源极和第一开关级电流源的输入端连接开关级的第一输入端，第三开关管的源极、第四开关管的源极和第二开关级电流源的输入端连接开关级的第二输入端，第一开关级电流源的输出端和第二开关级电流源的输出端接地，第一开关管的栅极和第四开关管的栅极连接开关级的第一本振信号端，第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接开关级的第二本振信号端，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接开关级的第一输出端，第二开关管的漏极和第四开关管的漏极连接开关级的第二输出端。

5.如权利要求1所述的混频器，其特征在于：所述开关级包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极和第二开关管的源极连接开关级的第一输入端，第三开关管的源极和第四开关管的源极连接开关级的第二输入端，第一开关管的栅极和第二开关管的栅极分别连接开关级的第一本振信号端和第二本振信号端，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接开关级的第一输出端，第二开关管的漏极和第四开关管的漏极连接开关级的第二输出端；

所述输入巴伦的次级线圈的中心抽头连接开关级电流源。

6.如权利要求4或5所述的混频器，其特征在于：所述负载级包括第一负载电阻和第二负载电阻，第一负载电阻的第一端连接开关级的第一输出端，第二负载电阻的第一端连接开关级的第二输出端，第一负载电阻的第二端和第二负载电阻的第二端连接负载电源。

7.如权利要求1所述的混频器，其特征在于：所述开关级包括第一开关级和第二开关级；

第一开关级包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极和第二开关管的源极连接第一开关级的第一输入端，第三开关管的源极和第四开关管的源极连接第一开关级的第二输入端，第一开关管的栅极和第四开关管的栅极连接第一开关级的第一本振信号端，第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接第一开关级的第二本振信号端，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极连接第一开关级的第一输出端，第二开关管的漏极和第四开关管的漏极连接第一开关级的第二输出端；

第二开关级包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的源极和第六开关管的源极连接第二开关级的第一输入端，第七开关管的源极和第八开关管的源极连接第二开关级的第二输入端，第五开关管的栅极和第八开关管的栅极连接第二开关级的第一本振信号端，第六开关管的栅极和第七开关管的栅极分别连接第二开关级的第二本振信号端，第五开关管的漏极和第七开关管的漏极连接第二开关级的第一输出端，第六开关管的漏极和第八开关管的漏极连接第二开关级的第二输出端；

第一开关级的第一输入端和第二开关级的第一输入端连接开关级的第一输入端，第一开关级的第二输入端和第二开关级的第二输入端连接开关级的第二输入端，负载级连接第一开关级的第一输出端和第二输出端以及第二开关级的第一输出端和第二输出端，第一开关级的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第一差分本振信号，第二开关级的第一本振信号端和第二本振信号端用于接入第二差分本振信号，第二差分本振信号与第一差分本振信号的相位相差90°；

所述输入巴伦的次级线圈的中心抽头连接开关级电流源。

8.如权利要求1或7所述的混频器，其特征在于：所述负载级包括第一负载电阻、第二负载电阻、第三负载电阻和第四负载电阻，第一负载电阻的第一端连接第一开关级的第一输出端，第二负载电阻的第一端连接第一开关级的第二输出端，第三负载电阻的第一端连接第二开关级的第一输出端，第四负载电阻的第一端连接第二开关级的第二输出端，第一负载电阻的第二端、第二负载电阻的第二端、第三负载电阻的第二端和第四负载电阻的第二端连接负载电源。

9.如权利要求1所述的混频器，其特征在于：所述输入巴伦的初级线圈绕置两圈且初级线圈的两圈交叉设置，所述输入巴伦的次级线圈绕置一圈且次级线圈避让开初级线圈的交叉处。

10.如权利要求9所述的混频器，其特征在于：所述输入巴伦的初级线圈包括第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第一初级衔接段和第二初级衔接段，第一初级半环段位于第二初级半环段外侧，第四半初级环段位于第三初级半环段内侧，第一初级半环段的第一端引出作为初级线圈的第一输入端的第一初级连接段，第一初级半环段的第二端通过第一初级衔接段连接第三初级半环段的第一端，第三初级半环段的第二端连接第二初级半环段的第一端，第二初级半环段的第二端通过第二初级衔接段连接第四半初级环段的第一端，第四半初级环段的第二端引出作为初级线圈的第二输入端的第二初级连接段，第二初级衔接段与第一初级衔接段异面相交设置；

所述次级线圈包括第一次级半环段和第二次级半环段，第一次级半环段的第一端引出作为次级线圈的第一输出端的第一次级连接段，第一次级半环段的第二端连接第二次级半环段的第一端，第二次级半环段的第二端引出作为次级线圈的第二输出端的第二次级连接段。

11.如权利要求10所述的混频器，其特征在于：所述第一次级半环段位于第一初级半环段和第二初级半环段之间，第二次级半环段位于第三初级半环段和第四初级半环段之间，第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第二初级衔接段、第一初级连接段、第二初级连接段、第一次级半环段和第二次级半环段处于顶层，第一初级衔接段、第一次级连接段和第二次级连接段则处于底层。

12.如权利要求10所述的混频器，其特征在于：所述初级线圈的第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段和第四半初级环段以及次级线圈的第一次级半环段和第二次级半环段均呈半圆环结构。

13.如权利要求10所述的混频器，其特征在于：所述初级线圈的第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段和第四半初级环段以及次级线圈的第一次级半环段和第二次级半环段均呈半八边形结构。

14.如权利要求10所述的混频器，其特征在于：所述第二初级半环段和第四初级半环段的连接处引出作为初级线圈的中心抽头的初级抽头段；所述第一次级半环段和第二次级半环段的连接处引出作为次级线圈的中心抽头的次级抽头段。

15.如权利要求10所述的混频器，其特征在于：所述输入巴伦的初级线圈绕置两圈且初级线圈T的两圈交叉设置，所述输入巴伦的次级线圈包括并联设置且各自绕置一圈的第一次级线圈和第二次级线圈，输入巴伦的初级线圈夹设于第一次级线圈和第二次级线圈之间。

16.如权利要求15所述的混频器，其特征在于：所述输入巴伦的初级线圈包括第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第一初级衔接段和第二初级衔接段，第一初级半环段位于第二初级半环段外侧，第四半初级环段位于第三初级半环段内侧，第一初级半环段的第一端引出作为初级线圈的第一输入端的第一初级连接段，第一初级半环段的第二端通过第一初级衔接段连接第三初级半环段的第一端，第三初级半环段的第二端连接第二初级半环段的第一端，第二初级半环段的第二端通过第二初级衔接段连接第四半初级环段的第一端，第四半初级环段的第二端引出作为初级线圈的第二输入端的第二初级连接段，第二初级衔接段与第一初级衔接段异面相交设置；所述次级线圈的第一次级线圈包括第一次级半环段和第二次级半环段，第一次级半环段的第一端引出作为次级线圈的第一输出端的第一次级连接段，第一次级半环段的第二端连接第二次级半环段的第一端，第二次级半环段的第二端引出作为次级线圈的第二输出端的第二次级连接段；所述次级线圈的第二次级线圈包括第三次级半环段和第四次级半环段，第三次级半环段的第一端引出第三次级连接段，第三次级连接段通过过孔与第一次级连接段连接，第三次级半环段的第二端连接第四次级半环段的第一端，第四次级半环段的第二端引出第四次级连接段，第四次级连接段通过过孔与第二次级连接段连接；第一初级半环段、第二初级半环段、第三初级半环段、第四半初级环段、第二初级衔接段、第一初级连接段和第二初级连接段处于中间层，第一次级半环段、第二次级半环段、第一次级连接段和第二次级连接段则处于顶层，第一初级衔接段、第三次级半环段、第四次级半环段、第三次级连接段和第四次级连接段则处于底层。

17.如权利要求16所述的混频器，其特征在于：所述第二初级半环段和第四初级半环段的连接处引出作为初级线圈的中心抽头的初级抽头段，第一次级半环段和第二次级半环段的连接处引出作为次级线圈的中心抽头的次级抽头段。