CN1729626A - Rf前端接收机 - Google Patents

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CN1729626A
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Abstract

本发明提供一种RF前端接收机，其包括连接至一混频器相应输入端口的一低噪声放大器(LNA)和一本地振荡驱动器(LOD)。所述混频器包括其栅极耦合至所述低噪声放大器(LNA)的一输出端子(RF+)的一第一和一第二晶体管(M3，M6)、其栅极耦合至所述低噪声放大器(LNA)的另一输出端子(RF－)的一第三和一第四晶体管(M4，M5)、其栅极耦合至所述本地振荡驱动器(LOD)相应输出端子(LO+，LO－)的一第五和一第六晶体管(M1，M2)，其中所述第一和第三晶体管(M3，M4)的源极耦合至所述第五晶体管(M1)的漏极，所述第二和第四晶体管(M6，M5)的源极耦合至所述第六晶体管(M2)的漏极，所述第五和第六晶体管(M1，M2)的源极耦合至地面，所述第一和第四晶体管(M3，M5)的漏极耦合至一混频器输出端口的一输出端子(IF+)，且所述第二和第三晶体管(M6，M4)的漏极耦合至所述混频器输出端口的另一输出端子(IF－)。

Description

RF前端接收机
技术领域
本发明大体而言涉及RF前端接收机，更具体而言涉及降低此等接收机对电源电压的要求。
背景技术
随着当前用于生产半导体电路的方法和技术进一步进入深亚微米级，栅极氧化层厚度的降低同样要求必须降低一电路周围的电压。因此，近年来，设计针对较低电压性能的重要模拟结构单元已成为一首要考虑因素。此外，仔细设计该些在较低电压环境中的模拟结构单元可降低功耗，这在手持和移动装置中非常重要。设计具有较低电源电压的RF结构单元更加重要，因为移动装置的RF前端一直是可能出现电源电压和功耗故障的所在。
附图图1图解说明一已知RF前端接收机的一实施例。
以一本身已知的方式，图1所示的前端接收机包括连接至一混频器相应输入端口的一低噪声放大器LNA和一本地振荡驱动器LOD。
该低噪声放大器LNA接收一RF信号RF，并将其提供给一混频器输入端口；而该本地振荡驱动器LOD接收一本地振荡信号LO，并将其提供给另一混频器输入端口。通过该RF信号RF和该本地振荡信号LO，该混频器在其输出端子IF+、IF-上产生一中频信号。
该混频器为一标准吉尔伯特单元混频器的变体，其包括一跨导级和一开关级。用图1所示类型的混频器，可以使用较低的电源电压。
该跨导级包括两个晶体管M1和M2。晶体管M1和M2的栅极形成该RF信号RF的混频器输入端口并耦合至该低噪声放大器LNA的相应输出端子RF+、RF-。晶体管M1和M2的源极互连至地面，且晶体管M1和M2的漏极分别耦合至该混频器开关级的开关晶体管M3、M4和M5、M6的相应互连源极。
在图1所示的混频器开关级内，晶体管M3、M6和M4、M5的栅极分别互连，形成该本地振荡信号的混频器输入端口，该端口耦合至该本地振荡驱动器LOD的输出端子。
晶体管M3、M5和M4、M6的漏极分别互连，形成该中频信号的混频器输出端口IF+、IF-。
只要来自该低噪声放大器LNA的输入RF信号为差分信号，图1所示的混频器便会以一平衡方式运行。由于该混频器不是完全差分的，因此它不会提供任何共模抑制。该IF输出端口可采用共模反馈，但尽管如此，该混频器仍将具有较标准吉尔伯特单元混频器为低的共模抑制比。为了在该RF前端保持适当的共模抑制，重要的是在该混频器之前的LNA是完全差分的。
发明内容
本发明的目的是产生一可在低电源电压下运行并可同时提供共模抑制的RF前端接收机。
这通常是通过修改RF和LO输入信号馈入混频器的方式实现的。
更具体而言，在一包括连接至一混频器相应输入端口的一低噪声放大器和一本地振荡驱动器的RF前端接收机中，其中所述混频器包括其栅极耦合至所述混频器的一第一输入端口的一输入端子的一第一和一第二晶体管、其栅极耦合至所述混频器的所述第一输入端口的另一输入端子的一第三和一第四晶体管及其栅极耦合至所述混频器的一第二输入端口的相应输入端子的一第五和一第六晶体管，其中所述第一和第三晶体管的源极耦合至所述第五晶体管的漏极，所述第二和第四晶体管的源极耦合至所述第六晶体管的漏极，所述第五和第六晶体管的源极耦合至地面，所述第一和第四晶体管的漏极耦合至一混频器输出端口的一输出端子，且所述第二和第三晶体管的漏极耦合至所述混频器输出端口的另一输出端子，以上是通过使所述低噪声放大器通过其输出端子连接至所述混频器的所述第一输入端口并使所述本地振荡驱动器通过其输出端子连接至所述混频器的所述第二输入端口实现的。
因此，RF输入信号馈至所述LO输入信号馈至的晶体管上方的晶体管。基本而言，对于所述RF输入信号，所述混频器由两个在输出处交叉耦合的差分对组成。将所述RF输入信号馈至LO输入信号上方的晶体管这一输入布置的优点在于：尽管所述混频器只有两组晶体管，但其仍为完全差分的。因此，所述混频器可以与上述具有额外共模抑制优点的混频器相似的电源电压运行。
附图说明
下文将参照附图更加详细地阐述本发明。其中上文所述的图1图解说明一已知RF前端接收机的实施例，且图2图解说明本发明的一RF前端接收机的实施例。
具体实施方式
图2图解说明本发明的一RF前端接收机。
图2与图1中的元件完全相同，因此具有相同的参考符号。
根据本发明，图1所示的实施例中的开关级在图2中变成了跨导级，而图1所示的实施例中的跨导级在图2中变成了开关级。
因此，在图2中，低噪声放大器LNA通过其输出端子分别连接至晶体管M3、M6和M4、M5的互连栅极，从而形成RF信号的一混频器输入端口RF+、PF-。
此外，在图2中，本地振荡驱动器LOD通过其输出端子耦合至晶体管M1和M2的栅极，从而形成本地振荡信号的一混频器输入端口LO+、LO-。
如上所述，对于RF输入信号而言，图2所示的双堆叠式混频器基本上为两个在输出处交叉耦合的差分对。该些差分对中的每一对在来自本地振荡器LO的较大输入信号控制下依次接通和关断。
在LO+相位内，LO+输入为高，而LO-输入为低。结果，晶体管M2关断，此又会关断由晶体管M5和M6形成的差分对，而由晶体管M1、M3和M4形成的差分对接通。虽然晶体管M1由其栅极处的高LO+信号接通，但是该电路这样设计是为了使晶体管M1保持饱和状态且不允许其进入三极管区域。因此，晶体管M1可形成一差分对的尾电流源。差分RF输入信号此时可通过M1、M3和M4所形成差分对的增益产生一差分IF输出。
在LO-相位内，晶体管M1关断，而晶体管M2接通。此时，差分对由晶体管M2、M5和M6形成。对于此差分对而言，RF输入信号以与先前在LO+相位内的差分对相反的极性连接。因此，IF输出的极性也将被颠倒，但系统增益因两个差分对相同仍保持不变。
对于如上所述运行的图2所示的混频器，重要的是晶体管M1处于接通状态时保持饱和状态。此外，差分对的质量会强烈影响系统增益及系统可提供的共模抑制量。这在晶体管M1和M2的设计中是一重要权衡。一方面，应将它们制成具有小通道长度的尺寸以适于快速开关和高频运行。另一方面，还要求它们在接通时提供一适当输出电阻(漏极-源极电阻)以便形成一高质量的差分对。
通过仔细设计混频器核心，可通过差分对获得适当的开关时间以及性能和共模抑制。
该共模抑制肯定会优于图1所示的已知实施例中的共模抑制。这体现电源电压与共模抑制之间的一整体权衡。
使用该混频器时，另一重要的系统层面的考虑是整个差分对在RF输入处接通和关断。这就意味该混频器的输入阻抗可在运行期间周期性地改变。因为在一差分对接通时另一差分对关断，而且仔细设计和布局可保证适当消除RF输入处的开关效应，所以此状况可稍微得到缓解。
晶体管M3至M6使用低阈值晶体管(阈值电压约为0V)将有助于降低该些装置所需的栅极-源极电压。这是因为如果该阈值电压大约为0V，则所需的栅极-源极电压将近似于所需的栅极-源极的过驱动电压。因此，M3至M6使用低阈值晶体管可有助于通过降低耦合至该混频器的LNA的电源电压要求而进一步降低该整个接收机的电源电压要求。
许多较新的技术确实可提供具有各种阈值电压和氧化物厚度的晶体管。然而，并非在所有技术中皆可获得低阈值晶体管。尽管如此，在任何CMOS技术中仍可通过简单遮蔽阈值通道植入物来得到低阈值晶体管，从而提供具有一约为0V阈值电压的原MOS晶体管(用于一NMOS装置)。在构建本发明的双堆叠式混频器所采用的一技术中，低阈值装置并不是直接得到的。相反，其是通过遮蔽阈值植入物获得的。
降低一MOS装置的阈值电压对于通过该装置漏泄漏极电流而言可具有重要意义。不过，对于本发明的混频器电路来说，漏泄电流不成问题。虽然装置不断地接通和关断并因此可能在关断状态下具有一较高的漏泄电流，但总输出IF电流的数量级高于漏泄电流。因此，任何漏泄电流都不会显著影响该输出。
此外，耦合至本地振荡驱动器LOD的晶体管M1和M2不是低阈值装置，因此它们将有助于限制流入地面的总漏泄电流。
如上所述，该混频器可以近似于根据图1所阐述的具有额外共模抑制优点的混频器的电源电压运行。

Claims (2)

1、一种RF前端接收机，其包括连接至一混频器相应输入端口的一低噪声放大器和一本地振荡驱动器，所述混频器包括：
一第一和一第二晶体管(M3，M6)，其栅极耦合至所述混频器的一第一输入端口的一输入端子(RF+)；
一第三和一第四晶体管(M4，M5)，其栅极耦合至所述混频器的所述第一输入端口的另一输入端子(RF-)；
一第五和一第六晶体管(M1，M2)，其栅极耦合至所述混频器的一第二输入端口的相应输入端子(L0+，L0-)；
所述第一和第三晶体管(M3，M4)的源极耦合至所述第五晶体管(M1)的漏极；
所述第二和第四晶体管(M6，M5)的源极耦合至所述第六晶体管(M2)的漏极；
所述第五和第六晶体管(M1，M2)的源极耦合至地面；
所述第一和第四晶体管(M3，M5)的漏极耦合至一混频器输出端口的一输出端子(IF+)；且
所述第二和第三晶体管(M6，M4)的漏极耦合至所述混频器输出端口的另一输出端子(IF-)；
其特征在于：
所述低噪声放大器(LNA)通过其输出端子连接至所述混频器的所述第一输入端口(RF+，RF-)；及
所述本地振荡驱动器(LOD)通过其输出端子连接至所述混频器的所述第二输入端口(L0+，L0-)。
2、如权利要求1所述的RF前端接收机，其特征在于所述第一和所述第二晶体管(M3，M6)以及所述第三和所述第四晶体管(M4，M5)具有一低阈值电压，其中所述第一和所述第二晶体管(M3，M6)的栅极耦合至所述混频器的所述第一输入端口的一输入端子(RF+)，且所述第三和所述第四晶体管(M4，M5)的栅极耦合至所述第一输入端口的所述另一输入端子(RF-)。
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