CN1265665C - 用于双变频接收机的混频器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特别是用于双变频接收机的混频器。混频器包括由高频载波信号控制的第一可变跨导级(A)，这个第一级包括传送出第一信号的第一(37)和第二(38)端子；以及被连接到所述第一级的所述第一端子的第二级(B)，其中包括并联的第一(T32)和第二(T33)开关装置，它们分别由具有第一中频(IF1)的第一(in2)和第二(in2b)相位相反的控制信号所控制，这些第一和第二开关装置由极化装置(34)所提供的基本上相等的电流供电。按照本发明的混频器的特征在于，还包括用于借助于具有第二中频(IF2)的第三控制信号(in3)来调制由所述第一级传送出的所述第一信号的装置(T36)。

Description

用于双变频接收机的混频器
技术领域
本发明涉及特别是在双变频接收机中使用的混频器。这种类型的接收机在移动电话中使用。
混频器包括由高频载波信号控制的第一可变跨导级，以及被连接到第一级的第二级，它包括并联的第一和第二开关装置，它们分别被具有第一中频的相位相反的第一和第二控制信号所控制，这些第一和第二开关装置由极化装置提供的基本上相等的电流供电。
背景技术
这种类型的混频器结构在技术上是已知的，如图1所示。混频器包括第一晶体管T1，它运行在放大模式，它的源极连接到地，它的栅极由给定的频率的信号in1所控制，以及它的漏极连接到第一T2和第二T3开关模式晶体管的源极。放大模式晶体管的控制信号可以是借助于天线(未示出)接收的外部高频率信号RF，或者是由具有它自己的频率的本地振荡器直接传递的信号。第一T2和第二T3开关模式晶体管在它们的栅极上接收具有低于运行在放大模式的晶体管T1的控制信号的频率的中频IF的相位相反的控制信号in2和in2b。极化装置4被提供给运行在开关模式的这些晶体管T2和T3，其形式为连接到它们的漏极的电流源。
运行在开关模式的两个晶体管T2和T3具体地使得运行在放大模式的晶体管T1的控制信号的频率能够被偏移，即，或者是降低这个频率，或者是增加这个频率。因此，在混频器输出端，即，在两个晶体管T2和T3的漏极处，给出具有频率为RF-IF和RF+IF的相位相反的信号out和outb。由于在输出端处的有用的信号是电流信号，在运行在开关模式的晶体管T2和T3的漏极之间提供电阻5以用作为电流-电压变换器。
这样的混频器被使用于双变频接收机，以便降低以基带频率接收的信号RF的高频。图2上显示使用这样混频器的接收机。接收机包括至少一个天线11，被调谐来接收具有给定的高的RF频率(例如，900MHz)的外部信号。本地振荡器12传送出具有低于接收的外部信号的RF频率(例如，600MHz)的频率L0的时钟信号。本地振荡器的第一输出端被连接到分频器装置13，它能够得到具有中频IF(例如，300MHz)的四相信号I，Ib，Q，和Qb。
如图1规定的，由两个混频器形成的第一变频级E1使得能够在所述级E1的输出端处得到具有接收的外部信号的RF频率(例如，900MHz)的经移相的、四相信号Ic，Icb，Qc，和Qcb。
第一混频器14接收具有中频IF(300MHz)的相位相反的信号I和Ib，用作为两个开关模式晶体管的控制信号，如图1所规定的，并接收本地振荡器12的时钟信号(600MHz)用作为放大模式晶体管的控制信号，也如在图1所规定的。在混频器的输出端得到的信号Ic和Icb是特定地具有频率LO+IF的相位相反的信号。
第二混频器15接收分别与混频器14的控制信号I和Ib相位正交的、相位相反的信号Q和Qb，用作为两个开关模式晶体管的控制信号，和本地振荡器12的时钟信号，用作为放大模式晶体管的控制信号。
因此，在两个混频器14和15的输出端处，得到四相信号Ic，Icb，Qc，和Qcb，特定地具有RF频率，而且也具有频率IF，LO，LO-IF。
重要的是要指出，本地振荡器12的时钟信号的频率LO和在分频器装置13的输出端处的信号的中频IF要选择成能使得这些频率LO+IF的相加能对应于接收到的外部信号的RF频率。
接收机还包括也由两个混频器16和17形成的第二接收和变频级E2，如图1所示。
第三混频器16接收在混频器14的输出端处传送出的相位相反的信号Ic和Icb，用作为两个开关模式晶体管的控制信号，和由天线11接收的外部RF高频信号用作为放大模式晶体管的控制信号。
第四混频器17接收在混频器14的输出端处传送出的分别在相位上与第三混频器16的控制信号Ic和Icb正交的、相位相反的信号Qc和Qcb，用作为两个开关模式晶体管的控制信号，和由天线11接收的外部RF高频信号用作为放大模式晶体管的控制信号。
基带四相信号Iout，Ioutb，Qout和Qoutb在第三和第四混频器16和17的开关模式晶体管的输出端处被传送出。不同的频率(例如，RF，IF，Lo，RF+LO+IF…)的信号也在输出端被传送。
这种接收机重要的缺点在于，它需要使用四个混频器14，15，16和17来得出基带四相信号。每个混频器包括用于极化开关模式晶体管的装置4。传统上，这些极化装置是电流源。由于这种类型的接收机主要打算用于诸如移动电话那样的应用，减小电流消耗是根本性问题。图2所示的接收机消耗太多的电流，同时在集成电路上占用很大的空间。
本领域技术人员可以设想的一个解决方案是以与图1所示不同的方式来组合混频器结构，以便得到只使用3个混频器的双变频接收机。这样的接收机如图3所示。
与图2所示的接收机相似，这个接收机包括至少一个天线21，被调谐来接收给定的RF频率的外部信号。本地振荡器22传送出具有频率LO的时钟信号，频率LO小于由天线21接收的信号的RF频率。第一本地振荡器22被连接到分频器装置23，使它能够得出具有中频IF的四相信号I，Ib，Q，和Qb。
第一混频器24允许由天线21接收的外部高频RF信号降低到中频IF。为了做到这一点，混频器24接收具有本地振荡器22的频率LO的、相位相反的信号Ilo和Ilob，用作为两个开关模式晶体管的控制信号，如图1所示，和由天线21接收的具有高频RF的外部信号用作为放大模式晶体管的控制信号，也如图1所示。
特定地被移频到中频IF的信号Ic和Icb在第一混频器24的开关模式晶体管的输出端处被传送。
第二和第三混频器25和26允许在第一混频器24的输出端处得出的信号Ic的频率IF被降低，以便得出基带四相信号Iout，Ioutb，Qout，和Qout。
第二混频器25接收在分频器装置23的输出端处提供的、具有中频IF的相位相反的信号I和Ib以用作为两个开关模式晶体管的控制信号，和在第一混频器24的输出端处传送的、具有中频IF的信号Ic以用作为放大模式晶体管的控制信号。
第三混频器26接收在分频器装置23的输出端处提供的、分别在相位上与第二混频器25的控制信号I和Ib正交的、相位相反的信号Q和Qb以用作为两个开关模式晶体管的控制信号，和在第一混频器24的输出端处传送的、具有中频IF的信号Ic以用作为放大模式晶体管的控制信号。
在接收机的输出端处提供的信号是基带四相信号Iout，Ioutb，Qout，和Qoutb。
按照此解决方案的电流消耗太高，以及它也占用集成电路上太多的空间。三个晶体管仍旧是必须的，因为两个混频器25和26的控制信号由同一个混频器24提供，混频器24的电流消耗高于单个传统的混频器的正常的消耗。
发明内容
为了克服现有技术上述的缺点，本发明的特征在于，它涉及到一种允许以显著地减小的功率消耗达到双变频功能的混频器结构。
因此本发明涉及一种混频器，具体地用于双变频接收机，包括：第一级，该第一级是可变跨导级，它由高频载波信号控制，所述第一级包括传送第一信号的第一和第二端子；以及被连接到所述第一级的所述第一端子的第二级，它包括并联的第一和第二开关装置，它们分别由具有第一中频的相位相反的第一和第二控制信号所控制，所述第一和第二开关装置由极化装置提供的基本上相等的电流供电，所述极化装置连接到所述第一和第二开关装置的输出端；其中所述混频器还包括调制装置，用于借助于具有第二中频的第三控制信号来调制由所述第一级传送出的所述第一信号。
本发明也涉及一种双变频接收机，包括：至少一个用于接收外部高频信号的天线；以及本地振荡器，它具有第一输出端，该第一输出端连接到分频器装置，用于传送具有第一中频的第一、第二、第三和第四四相控制信号，并具有第二输出端，用于提供具有第二中频的时钟信号作为控制信号，其中所述接收机还包括两个前述的混频器，其中一个混频器用于接收作为控制信号的所述外部高频信号以便来控制第一级，接收所述四相控制信号中的所述第一和第二控制信号来控制第二级，所述第一和第二控制信号相位相反并且具有第一中频，以及接收具有第二中频的所述时钟信号来控制第三级；另一个混频器用于接收作为控制信号的所述外部高频信号来控制第一级，接收所述四相控制信号中的所述第三和第四控制信号来控制第二级，所述第三和第四控制信号相位相反且与第一和第二控制信号的相位正交，并且具有第一中频，以及接收具有第二中频的所述时钟信号来控制第三级。
附图说明
下面将对于仅仅作为例子而给出的实施例详细地说明本发明，这个实施例是用附图显示的，其中：
-图1，已描述过，是按照现有技术的混频器结构；
-图2，已描述过，是按照现有技术的双变频接收机；
-图3，已描述过，是另一个双变频接收机；
-图4是按照本发明的混频器结构；
-图5是按照本发明的双变频接收机。
具体实施方式
如图4所示的、按照本发明的混频器结构包括第一和第二级，它们类似于图1给出的第一和第二级。
第一可变跨导级A由运行在放大模式的第一晶体管T31构成。这个晶体管由天线(未示出)接收的高频控制信号in1(例如900MHz)在它的栅极进行控制。它的漏极和它的源极形成两个端子37和38，分别传递有用的信号。在本具体的混频器结构中，这个有用的信号是电流，它作为在第一放大模式晶体管T31的栅极处接收的控制信号in1的函数而改变。
被连接到第一级A的端子37的第二级B包括由第一T32和第二T33开关模式晶体管形成的开关装置。这些第一和第二开关模式晶体管T32和T33分别被具有第一中频IF1(例如，300MHz)的相位相反的控制信号In2和In2b在它们的栅极上进行控制。晶体管T32和T33分别由它们的源极连接到第一级A的端子37，以及分别由用作为这些晶体管T32和T33的极化装置的电流源34在它们的漏极处进行供电。优选地，电阻5被放置在这两个晶体管T32与T33的漏极之间，电阻5用作为电流-电压变换器。
由两个电流源34传送的电流被选择为几乎相等的。由于第一和第二开关模式晶体管T32和T33的控制信号在相位上是相反的，流过所述电阻的电流交替地在两个晶体管中的一个或另一个处被中断。由第一放大模式晶体管T31在端子37处接收的平均电流基本上等于由电流源传递的电流。第一放大模式晶体管T31的行为像一个可变的跨导，允许作为在它的栅极处接收的控制信号In1的函数向调制装置提供可变电流。用于调制流过混频器的电流的这些装置能够实现第二混频器的功能，而不增加图1的最初的混频器的功率消耗。
调制装置优选地由放置在第一级A的端子38处的第三跨导级C形成。这个第三跨导级C包括第二放大模式晶体管T36，它由具有第二中频IF2的控制信号In3在它的栅极进行控制。这个第三级C的两个端子，即第二放大模式晶体管T36的源极和漏极被分别连接到参考电位Vss和第一级A的端子38。
使用按照图4的这样的混频器结构的目的是降低包含在第一级A的晶体管T31的栅极处以基带频率接收的有用信号的载波信号In1的RF频率，以便能够恢复这个有用信号。
在端子38处，所提供的信号具有与第三级C的控制信号In3相同的频率IF2，即第二中频。第一混频器功能在第一级A通过晶体管T31达到，它允许在端子37处将控制信号In1的频率偏移，具体地，把它降低为频率RF-IF2。在端子37处也出现频率为RF，IF2，RF+IF2的信号。在第一级A与第二级B之间可以提供围绕频率RF-IF2的带通滤波器装置(未示出)，以便只保持具有想要的较低的频率(即，例如300MHz)的有用信号。
第二混频器功能是在第二级B处借助于两个晶体管T32和T33达到的，它们允许在端子37处接收的有用信号的频率在输出端out和outb处被降低到基带频率RF-IF2-IF1。在这些输出端out和outb处得到的信号在相位上是相反的。在这些输出端处也给出具有不同频率(例如RF，IF1，IF2，RF+IF1+IF2)的其他信号。在混频器的输出端处可以提供低通滤波装置(未示出)，以便只保持有用的基带信号。
在这个混频器结构的例子中，在输出端out和outb处恢复的信号是电流信号，这就是为什么优选地把电流-电压变换器放置在一个输出端以便把恢复的信号变换成电压信号的原因。这个电流～电压变换器是通过例如在混频器的两个输出端out和outb之间加上电阻5而达到的。
无论如何，可以这样来设想按照本发明的双变频接收机，它允许在输出端处直接恢复电压信号，或甚至使用被恢复的电流信号而不变换它们。
图5显示利用按照图4的两个混频器的双变频接收机。
像图2显示的接收机那样，接收机包括至少一个天线41，它被调谐来接收具有给定的高的RF频率的外部信号。本地振荡器42传送出时钟信号，它具有的自然频率低于由天线41接收的RF信号的频率。本地振荡器的第一输出被连接到分频器装置43，它允许得到具有中频IF1的四相信号(In2，In2b，In2q和In2qb)，中频IF1取决于本地振荡器42的自然频率IF2，例如其比值为2，则本地振荡器的自然频率IF2比中频IF1高1倍。
接收机也包括按照本发明的两个混频器44和45，以允许在它们的输出端处传送出基带四相信号Iout，Ioutb，Qout，和Qoutb。
第一混频器44接收由本地振荡器42传送出的时钟信号作为它的第三级的控制信号，接收具有中频IF1的相位相反的信号In2和In2b作为它的第二级的控制信号，以及接收由天线传递的RF载波信号作为它的第一级的控制信号。
第二混频器接收由本地振荡器传送出的时钟信号作为它的第三级的控制信号，接收具有中频IF1的、分别与信号In2和In2b相位正交而相位相反的信号In2q和In2qb作为它的第二级的控制信号，以及接收由天线传递的RF载波信号作为它的第一级的控制信号。
如图4所示，每个混频器以单个混频器的电流消耗来执行双混频。因此，接收机的电流消耗大大地减小。
按照本发明的接收机，只要把本地振荡器的频率和分频器装置的级数适配，就能够工作在所有的移动电话频段，例如1.8GHz。
显然，以上说明仅仅是作为例子给出的，其他实施例，特别是双变频接收机，也可以构成本发明的主题。

Claims (6)

1.混频器，具体地用于双变频接收机，包括：
-第一级，该第一级是可变跨导级，它由高频载波信号控制，所述第一级包括传送第一信号的第一和第二端子；以及
-被连接到所述第一级的所述第一端子的第二级，它包括并联的第一和第二开关装置，它们分别由具有第一中频的相位相反的第一和第二控制信号所控制，所述第一和第二开关装置由极化装置提供的基本上相等的电流供电，所述极化装置连接到所述第一和第二开关装置的输出端；
其中所述混频器还包括调制装置，用于借助于具有第二中频的第三控制信号来调制由所述第一级传送出的所述第一信号。
2.按照权利要求1的混频器，其中所述调制装置包括第三级，该第三级是跨导级，它包括第一和第二端子，它们被分别连接到第一级的所述第二端子与参考电位。
3.按照权利要求2的混频器，其中所述第一级的可变跨导由第一放大模式的晶体管形成，所述第二级的所述第一和第二开关装置分别由第一和第二开关模式的晶体管形成，以及所述第三级的跨导由第二放大模式的晶体管形成。
4.按照权利要求3的混频器，其中它还包括频率围绕在所述第一级的所述第一端子处传送出的所述第一信号的频率周围的带通滤波装置，所述带通滤波装置被放置在所述第一和第二级之间，以及还包括连接到所述第二级的至少第一输出端的低通滤波器和放置在所述第二级的所述第一输出端与第二输出端之间的电流-电压变换器。
5.按照权利要求4的混频器，其中所述第一和第二中频的和等于载波信号的频率。
6.双变频接收机，包括：
-至少一个用于接收外部高频信号的天线；以及
-本地振荡器，它具有第一输出端，该第一输出端连接到分频器装置，用于传送具有第一中频的第一、第二、第三和第四四相控制信号，并具有第二输出端，用于提供具有第二中频的时钟信号作为控制信号，
其中所述接收机还包括按照前述权利要求中任一项的两个混频器，
-其中一个混频器用于接收作为控制信号的所述外部高频信号以便来控制第一级，接收所述四相控制信号中的所述第一和第二控制信号来控制第二级，所述第一和第二控制信号相位相反并且具有第一中频，以及接收具有第二中频的所述时钟信号来控制第三级；
-另一个混频器用于接收作为控制信号的所述外部高频信号来控制第一级，接收所述四相控制信号中的所述第三和第四控制信号来控制第二级，所述第三和第四控制信号相位相反且与第一和第二控制信号的相位正交，并且具有第一中频，以及接收具有第二中频的所述时钟信号来控制第三级。
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