TW200816619A - Systems, methods, and apparatus for frequency conversion - Google Patents

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200816619 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於無線通信。 【先前技術】 用於將資訊自-位置轉移至另一位置之許多技術包括一 或多個頻率轉換操作。舉例而言，在一傳輸應用中，可將 :載運資訊之信號增頻轉換為一射頻（RF)信號，以用於在 諸如無線通道或導電或光學電纜之媒體上傳輸。在一接收 應用中’可自此媒體接收—载運資訊之RF信號，且可將該 RF信號降頻轉換為一中頻或基頻，以用於處理及 ： 變。 混頻器通常用以執行頻率轉換操作。在一典型應用中， 一混頻器經配置以使一在初始頻率F0下之信號乘以一本機 振盪器（LO)信號，以獲得在和頻及差頻下之分量。舉例而 言’可根據諸如以下之表達式而使用一正交混頻操作來獲 得為90度異相之兩個通道： c〇sK〇〇cos(^0〇 = |(cos[(^F0 + ωιο)ί] + cos[(^〇 - 9 c〇sK〇〇sin(^/) = l(sin[(^〇 +^o)/]-sin[(^0 -ωω)ί]) 〇 必要時，可藉由對混頻器輸出進行帶通濾波來選擇每一通 道中之兩個所得頻率分量中的所要頻率分量。 在一外差電路中，中頻（IF)顯著不同於基頻及rf，使得 通常在兩個或兩個以上之級中執行基頻與RF之間的轉換。 在零差或”零117"電路t，LO信號之頻率大體上等mRF， 122710.doc -6- 200816619 使得在一個級中在基頻與RF之間轉換該信號。在被稱為 ”低『或”近零『之其他技術中，IF接近於基頻（例如，幾 百kHz或更小）。 【發明内容】 • 一種根據一實施例之裝置包括一頻率轉換器，該頻率轉 • 換器具有一信號產生器，該信號產生器經組態以產生一第 一互補本機振盈器（LO)信號對及一第二互補l〇信號對， 使得該第一互補對之一信號與該第二互補對之一信號之間 的相位差大體上等於九十度。該頻率轉換器亦具有··一第 一混頻器，其經組態及配置以將一射頻（RF)電流信號與第 一互補LO信號對進行混頻；及一第二混頻器，其經組態 及配置以將RF電流信號與第二互補L〇信號對進行混頻。 在此裝置中，該信號產生器經組態以產生具有大體上小於 百分之五十之工作循環的第一及第二互補對中之每一信 號。 ϋ 一種根據一實施例之頻率轉換方法包括產生一第一互補 本機振盪器（LO)信號對及一第二互補L〇信號對，使得該 • 第一互補對之一信號與該第二互補對之一信號之間的相位 差大體上等於九十度。該方法亦包括：在一第一通道中將 一射頻（RF)電流信號與第一互補乙〇信號對進行混頻；及在 一第二通道中將RF電流信號與第二互補L〇信號對進行混 頻。在此方法中，第一及第二互補對中之每一信號具有大 體上小於百分之五十之工作循環。 -種根據另-實施例之裳置包括一頻率轉換器，該頻率 122710.doc 200816619 轉換器具有用於產生一第一互補本機振盈器（[〇)信號對及 :第二互補LO信號對以使得該第一互補對之一信號與該 第二互補對之一信號之間的相位差大體上等於九十度之構 件4頻率轉換器亦包括用於在一第一通道中將一射頻 • (RF)電流信號與第一互補LO信號對進行混頻之構件，及用 • 於在第一通道中將RF電流信號與第二互補LO信號對進 行混頻之構件。在此裝置中，用於產生之構件經組態以產 0 生具有大體上小於百分之五十之工作循環的第一及第二互 補對中之每一信號。 【貫施方式】 通常需要執行頻率轉換，使得轉換增益最大化及/或經 轉換信號中之雜訊位準最小化。 術語，，節點”在本文中用以包括，，電路之不存在電位改變 處的區域”之其通常意義。術語”端子，，在本文中用以包括 電路、設備或元件之”端子節點"之其通常意義。 ϋ 雖然為了方便起見，以下描述主要指代經組態用於信號 接收之應用及设備，但所揭示之結構及方法亦可適用於經 組態用於信號傳輸之應用及設備，且明確地預期此應用且 在此將其揭示。 雖然本文中遵循將混頻器之相對末端標記為”RF”及”ip” 之慣例，但明確地預期本文中所揭示之頻率轉換器及其他 結構對於直接轉換或’’零IF”應用（亦即，RF與基頻之間的 直接轉換）之使用’且在此將其揭示。因此，應理解，如 本文中所使用之標籤"IF”僅指示在為RF與LO頻率之間的差 122710.doc 200816619 之頻率下的虎’其可大體上等於零（亦即，基頻信號）。 圖1展示一基於一包括兩個混頻器10i、1〇q之正交混頻 器架構之頻率轉換器的方塊圖，每—混頻器耦合至一差動 RF輸入，且輸出一正交IF信號對中之一各別if信號。可以 各種方式來建構混頻器。舉例而言，一些建構使用傳輸線 結構、被動式組件（電阻器 、電容器及/或電感器）及/或二

Ο 極體。然而，大多數混頻器經建構成具有主動式設備，諸 如，雙極接面電晶體（BJT)或金屬氧化物半導體場效電晶 體（MOSFET)，其可經製造成具有所需品質，諸如，低成 本、小特徵尺寸及良好再現性。M〇SFET包括經組態以控 制通道區域上之電流的閘極，該通道區域最接近於該閘極 並與違閘極絕緣，且具有兩個末端（稱作"汲極"及，，源極"）， 一者處於該閘極之任一側處。

當前，通常將混頻器建構為切換混頻器。切換混頻器經 組悲以使RF信號乘以根據本機振盪器頻率及相位在具有大 體上相等之振幅與相對量值（例如，+1及_丨）之兩個值之間 父替的序列。使用經配置以在混頻器輸出端子之間切換rF 信號之兩側的諸如BJT或MOSFET之設備來建構此等混頻 器。 切換混頻器架構可經組態以切換RF電壓電壓換向，，架 構）或RF電流（”電流換向”架構）。圖lb展示一基於電流換向 正交混頻器架構之頻率轉換器的方塊圖。在此實例中，切 換混頻器12i、12q之輸出驅動各別轉換阻抗放大器2〇i、 20q ’此處被建構為具有反饋之差動運算放大器，其將電 122710.doc 200816619 流信號轉換為電壓信號。 Ο

可根據主動式組態或被動式組態來建構切換混頻器。圖 2a展示雙平衡主動式電流換向混頻器電路（亦稱為Gilbert 單元）之一實例的示意圖。此電路包括一差動轉導級（Ml、 M2)及正父混頻器核心（M3-M6)。該混頻器核心包括兩 個差動對（M3、M4及M5、M6)且作為充分平衡之反相電流 開關而操作。混頻器核心開關之閘極經配置以由互補（意 即’ 180度異相）的本機振盪器（L〇)信號對l〇+、lq-驅 動。通常需要使每一 LO信號具有大體上接近於5〇%之工作 循環（例如，以避免偶次諧波 如圖2b所示，可將提供待切換（或，，操縱，，）之偏流的電流 源建構為主動式設備M7。或者，可將電流源建構為電感 益或LC電路（例如，在RF頻率下諧振之並聯槽）。在另 一實例巾，將設備M1、M2之源、直接連接至Vss執道，而非 經由一電流源。亦有可能使兩個混頻器核心（例如，j通道 中之-者及Q通道中之一者）共用一共同轉導級。可將匹配 負載ZL建構為如圖2b所示之電阻器。或者，匹配負載可經 建構為或包括其他被動式組件(諸如，電感器)或建構為主 動式負载。 主動式混頻器之一潛在缺點為1/f雜訊（通常被稱作”閃燦 雜訊”)。將RF信號自切換混頻器之差動對之一開關切換至 另-開關的動作並不瞬時地發生，且當—差動對中之兩個 開關皆處於導通(亦即，兩個設備之通道正在導電)時，主 動式混頻器產生閃爍雜訊。此週期被稱作”交越點”，且當 122710.doc 200816619 本機振m器之波形變為圓形而非正方形時，其可尤其發生 在同頻率下。在混頻器輸出處，此閃爍雜訊為可見的，且 通常與開關設備中之DC偏流之位準成比例。 閃爍雜訊具有與頻率成反比之功率譜密度。在一外差架 •構中，混頻器輸出頻率通常遠高於閃爍雜訊顯著處之頻率 範圍。然而，因為閃燦雜訊在低頻率下佔優勢，所以其可 能變為零差（"零1F"或，，直接轉換"）或低IF架構之顯著問 〇 題。混頻器開關之閃爍雜訊通常為對前端閃爍雜訊之主要 貢獻者。 藉由使用被動式混頻器而非主動式混頻器，可極大地減 此頻器中之閃爍雜訊產生。圖3a展示包括四個M〇SFE 丁 開關N1-N4之被動式混頻器的示意圖。圖扑展示同一電路 的另一圖，該圖展示其環形結構。因為被動式混頻器之開 關的通道大體上不載運DC電流，所以可極大地消除開關 之閃爍雜訊產生，且此特徵為對1/f雜訊敏感之應用中之被 動式混頻器的主要優點。 切換混頻器中之開關的尺寸可一方面根據線性與匹配之 • 間的所要權衡且另一方面根據雜訊及驅動需求而經最佳 化。較大的開關將傾向於具有較低的導通電阻，其改良線 性及匹配，但具有較大的寄生電容，其增加雜訊及驅動需 求。在一實例中，一被動式混頻器之建構的開關川卞4經 組態以具有約300-400(三百至四百）之範圍内的W/L比。 如上文所述，被動式混頻器在大體上無偏流之情況下操 作’且因此通常比主動式混頻器消耗較少的功率且產生少 122710.doc -11 - 200816619 知多的閃爍雜訊。然而，被動式混頻器亦具有小於一之轉 換增益（亦即，轉換損耗），使得通常必須放大被動式混頻 器之輸出。通常，被動式混頻器跟隨有一放大級，其可包 括運算放大器（或”0Pamp’’）。不幸地，opamp促成閃爍及 • 白雜汛，其中閃爍雜訊在低頻率（例如，對於CMOS設計， _ 小於幾MHz)下佔優勢。需要將放大級之雜訊貢獻的位準 最小化。 f ： 如圖3a、3b所示之被動式混頻器50可用作電壓換向混頻 器或用作電流換向混頻器。圖4展示一基於一包括被動式 混頻器50之兩個例子50i、50q之電流換向正交混頻器架構 的頻率轉換器100之實例。頻率轉換器1〇〇具有一將RF電壓 信號轉換為電流信號且經AC耦合至混頻器之轉導級（包括 設備ΤΙ、T2)。在另一實例中，將設備丁丨、T2之源直接連 接至VSS軌道，而非經由一電流源。本機振盪器信號（未圖 示）亦可經AC耦合（電容性耦合）至各別混頻器開關閘極。 i j 每一混頻器驅動一低阻抗負載，在此實例中，其為各別閉 路opamp 20i、20q之虛接地。在一些情況下，每一被動式 k頻裔50i、50q亦具有一在其輸出端子上連接之小電容器 (例如，以移除高頻率分量）。 圖5展示MOSFET用以建構電流源的頻率轉換器ι〇〇之實 例11 0。可藉由各種技術來產生此等設備之閘極偏壓。圖 6a展示充當設備ΤΙ、T2之主動式負載之設備經自偏壓之一 實例。在此特定實例中，每一主動式負載設備經由其閘極 與源極之間的電阻性路徑而被二極體連接。圖补展示共模 122710.doc -12- 200816619 反饋（CMFB)電路用以對主動式負載設備進行偏壓之另一 偏壓實例。在此配置中亦可使用其他形式之CMFB電路。 不管主動式負載設備是經自偏壓還是使用CMFB電路而經 偏壓，可使用一電流鏡來設定將DC電流提供至轉導設備 * ΤΙ、T2之主動式設備的DC操作點，如圖6a及圖6b所示。 • 或者，可使用另一形式之偏壓產生電路（諸如，帶隙參考 電壓產生器或與絕對溫度成比例（pTAT)偏壓電路）來產生 f) 一或多個閘極偏壓。 圖7展示一MOSFET特徵曲線之一實例，其中Ids表示汲 極與源極（亦即，分別為η通道MOSFET之通道區域之最正 性末端與最負性末端）之間的電流，v〇s表示汲極與源極之 間的電壓，vGS表示閘極與源極之間的電壓，且Vt表示設 備之臨限電壓。自此圖可瞭解，MOSFET之阻抗 (dVDS/dIDS)視設備被操作之區域而定。通常對主動式混頻 器之開關進行偏壓以在飽和區域中操作，其導致較高阻 ϋ 抗。被動式混頻器之開關1^1_^[4經偏壓成接近臨限值以在 線丨生（或二極體"）區域中操作且因此具有較低阻抗。 如上文所述，切換混頻器之閘極通常由一互補乙〇信號 對驅動。圖8展示一用於驅動正交混頻器架構之混頻器之 八51正又本機振盪器集合的圖。1+與q+信號為列度異相， 且母一者具有一為180度異相之互補（I-、Q-)。在此實例 中，四個L0信號中之每一者具有一在本機振遺器頻率下 之間且根據特定信號之相位而交替的振幅。通常產 生具有大體上接近於5〇%之工作循環的本機振盈器信號， 122710.doc -13 - 200816619 其減少了偶次諧波。 圖9展示一可用以產生如圖8所示之正交本機振盪器信號 集合的除四電路（divide-by-four circuit)之一實例。此除法 器採用一差動時脈輸入（如圖8所示之時脈信號ClK及其互 補CLKB)且產生用於I及q通道之軌道至軌道差動輸出。如 圖4所示，除法器包括小於反相器（例如，小四倍）且配置於 差動路徑之間的鎖存器，其可有助於維持快速的信號切換 〇 及良好的差動平衡。包括D正反器或差動反相器之除四電 路亦為已知的。 在一些情況下，建構一振盪器以產生一在四倍的L〇頻 率下執行之時脈信號可能不可行（例#，在極高頻率或極 低功率應用中）或另外可能不良。在此等情況下，諸如多 相濾波器或其他相移網路之另一結構可用以產生正交 信號集合。圖10展示經組態以產生如圖8所示之正交本機 振盪器信號集合的二次多相濾波器之一 ϋ 一號之其他結構之實例包括傳輸線：構= opamp之全通網路。 f務丨’被動式混頻器中之開關的低阻抗可導致若干問 題。舉例而言，mQ通道之間的不良隔離為因在正交頻率 轉換器中使用被動式混頻器而可能引起之一顯著問題。舉 例而言，如® 8所示，具有約5〇%之工作循環的l〇信號通 常用以驅動-正交切換混頻器對。吾人自此圖中可瞭解， 在任何時刻，信號I+及！-中之一者為高，且信號q +叫中 之一者為高。圖U說明在信號1+之有效半循環期間的重疊 122710.doc -14- 200816619 兩個週』之一實例。雖然特定有效信號對每隔四分之一 循玉衣而改變，但作為此重疊之結果，在任何時刻，開關在 I及Q混頻器中處於導通。 由於被動式混頻器中之開關的低阻抗，使兩側上之開關 同時打開會在I混頻器之輸出端子與Q混頻器之輸出端子之 間產生路徑。圖12中之粗線展示對應於圖^工所示之重疊週 期A的在1則混頻器輸出之間的路徑之 之粗線展不對應於圖丨丨所示之重疊週期B的在^與卩混頻器 輸出之間的路徑之一實例。當該等混頻器經配置以驅動低 阻抗輸入（諸如，, I洧如0Pamp之虛接地）時，此等路徑之一效應 在於：每一混頻器呈現一低阻抗輸出。 “ 由寧叫所產生之雜訊電流與如在㈣叫輸入處所呈現 的先前級之輸出阻抗成反比。因此，圖8之架構中的被動 _器開關通道之低輸出阻抗可導致來自。pamp級之較 局的雜§fL貝獻。I鱼畜；音 日

U 一 道之間的低阻抗亦可導致在頻帶邊 緣附近不對稱的上部旁頻帶及下部旁頻帶轉移函數。在包 括被動式混頻器之正交混頻器架構中，可能需要將混 頻器輸入相互隔離。此隔離可有助於減少在混頻器之後的 放大級之輸出處的雜訊及/或維持頻寬上之增益平声。 用以避免1糾被動式混頻器之間的交叉搞合之效應之- 方法為使用一分裂器炎腺莖& 將差動RF輸入之每一側分裂為兩個 獨立路徑。雖然此方沐亦士 a i 了有效地使混頻器相互隔離，但合 適的刀裂為將很可能為晶片外組件，因此增加了製造成本 及電路佔據面積’同時，分裂器之插入損耗將進一步增加 122710.doc -15- 200816619 總體轉換損耗。如圖13所示，另一方法為將每一混頻器之 輸入端子與RF輸入電阻性地隔離。雖然此隔離可減少洩漏 及I與Q混頻器之交叉麵合，但此方法也不是最好的方法。 除了減小電壓餘量（voltage headroom)且可能增加轉換損耗 “ 之較大電壓降落以外，電阻器將亦促成熱雜訊。 在電流換向正交混頻器架構中，在混頻器之間添加分裂 器或其他隔離級可減少可用於每一混頻器之汉卩電流且因此 〇 $少轉換增益。可減少電流換向正交混頻器架構中之轉換 增益的另一因素（即使在不存在隔離級之情況下）為1與卩混 頻器之重疊導通週期（例如，如圖u中所說明）。不管架構 疋包括主動式混頻器還是包括被動式混頻器，此開關重疊 允許在兩個混頻器之間使RF電流分裂。如圖n所示，在使 用具有50〇/〇之工作循環之本機振後器信號的正交切換混頻 器架構中，可不斷地發生1與(^通道之開關重疊。 在根據-實施例之方法中，使用具有小於观之工作循 G «LO信號來執行混頻。雖然當使用此等L0信號時，每 -混頻器中之開關具有較短的導通週期，但在彼時間期 • μ ’較多的RF電流被切換至混頻器，其產生轉換增益之總 ㈣論增加。相對於在混頻器之下游引起的雜訊（其通常 在基頻附近之頻率下佔優勢），此增加可引起較高的信雜 比（SNR)。藉由減少或消除〇 ” 又月陈I，、Q通道中之被動式混頻器之 重疊導通週期，此操作亦可減少opamp雜訊且可減少或消 除對該等通道之間的隔離級之需要。舉例而言，當使用具 有25%或更小之工作循環之L〇信號時，每次僅—混頻器處 122710.doc -16- 200816619 於導通。 圖15展示一具有25%之工作循環之正交本機振盪器信號 集合的一實例。如在圖8所示之乙〇信號集合中，1+與卩+信 號為90度異相，且每一者具有一為18〇度異相之互補（1_、 Q-)。在此實例中，四個LO信號中之每一者具有一在本機 * 振盪器頻率下在0與1之間且根據特定信號之相位而交替的 振幅。 〇 圖16展示一包括可用以自一具有50%工作循環之L0信號 集合產生一具有25%工作循環之L〇信號集合的四個AND閘 之邏輯電路之一實例。如圖8或圖9所示之信號產生器 可經修改以包括此電路或其等效物。在另一建構中，如圖 8或圖9所示之LO信號產生器經修改以直接產生一具有25% 工作循環之LO信號集合。 可根據一混頻操作之以下表達式來計算可自（A)一使用 、 一具有5〇%之工作循環之互補方波LO信號對之混頻器架構 〇 預期的理論轉換增益與（B)可自一使用一具有25%之工作循 %之互補方波LO信號對之混頻器架構預期的理論轉換增 益之比較： 咖(〜〇〇)咖如〇 = |(C0S[(6V。 > 其中，〜為輸入信號之頻率，且〜為每一 L〇信號之基本 分量之頻率。藉由使用符號α及β來表示輸入及]l〇頻率之 各別權數且使用下標1及2來表示使用分別具有5 及2 $ % 之工作循環之L0信號的混頻操作，吾人可將此等理論轉 122710.doc -17- 200816619 換增益之間的比率表達為·· 〇:2 cos(6^0/)々2(cos 切〆)^ α2 β2 %⑺柄辦(cos= f χ才。 、’先。人考慮輸入彳§號之權數α之比率。當將具有 • 5〇〇/〇之工作循環的L〇信號用以驅動一正交切換混頻器對 • 時’在任何時刻，開關在I及Q混頻器中處於導通。舉例而 "田將具有50%之工作循環的L0信號用以驅動一正交差 (、 動/心頻器對（如圖2或圖3所示）時，在任何時刻，一開關對 在I及Q混頻器中之每一者中處於導通。圖u說明此等重疊 開關啟動之一實例。此重疊導致在混頻器之間使尺^^電流分 裂，使得在一混頻器開關或開關對導通時之任何時刻，彼 混頻器僅接收RF輸入電流之一半。然而，當使用具有25〇/〇 之工作循環的LO信號時，在一混頻器開關或開關對導通 時之任何時刻，混頻器接收所有尺？輸入電流。因此，比率 等於二。 ϋ 藉由考慮頻域中之LO信號，可判定LO信號之權數ρ之間 的關係。可使用下列級數來表達一週期性矩形脈衝串之傅 立葉變換： βο Ο J / f \ fit) = AD + —sin(zVrD)cos 2/Vr* μ 、 T J， 其中，^[為增益常數，且D為每一脈衝之工作循環。在此 表達式中，第一項表示DC偏移，且求和項表示基t皆波（對 於—1)及諧波（對於/>1)。對於等於〇·5之工作循環乃，所有 偶數/之求和項等於零，使得L0信號不含有偶次譜波。對 122710.doc -18- 200816619 於不4於0 · 5之乃值，對應於偶次諧波之求和項中之至少一 些為非零。 自以上級數，吾人可將基本頻率分量表達為： fx(t) = ~sin(nD)cos^2n^ = ~^τί(πϋ)ζ〇^ω^) • ο 對於50%之工作循環D，因數Ηη(πΖ))等於一。對於25%之 工作循環/)，因數sin(7CD)等於V^/2。因為/1(〇之其他因數獨 ('} 立於工作循環，所以LO信號之基本頻率分量之權數之間 的比率AM等於v^/2。 藉由將此等兩個權數比率之值代入以上表達式中，吾人 可評估理論轉換增益之間的比率： =2xV2=a/^ α\ β\ 2 ο 此比率個別地適用於1及(^通道中之每一者。因為當使用一 具有25%之工作循環的L〇信號集合時（與當使用一具有5〇% 之工作循環的L〇信號集合時相比），I及q通道中之每一者 因此達成W之增益，所以總體理論信號增益為3 。 當使用25%(而非50%)之L0工作循環時，可相對於在混 頻器之下游引起的雜訊（例如，在〇pamp中）而預期snr之3 dB的增益。舉例而言，可在一混頻器之後的放大級（例 如’放大器20)之輸出處預期SNR之3 dB的增益。雖然此增 益可能不適用於出現於如由混頻器所接收之信號中之雜訊 (例如，來自LNA之雜訊），但在一些應用中，在混頻級之 後出現主要的雜訊源。舉例而言，對於基於被動式混頻器 122710.doc -19- 200816619 之頻率轉換器，閃爍雜訊主要來自在混頻器之後的 opamp 〇 當產生一具有25%之工作循環的正交信號集合時，如 在混頻器處所施加之信號將很可能具有大於25%之工作循 環，此係歸因於諸如波形成圓之失真，其可由諸如寄生電 容之效應造成。自圖15可瞭解，若工作循環超過25%，則 可能發生I與Q通道之間的導通時間重疊。此重疊可引SRF Cx 電流分裂及/或較高的0PamP雜訊，如上文所論述。在另一 實施例中，產生具有小於25%之工作循環的L〇信號❶在一 此實例t ’產生具有大體上小於25%之工作循玉裒的L〇信號 (在LO信號之工作循環之情形中，"大體上小於"意謂"小於 10%或更多")。舉例而言，L〇信號產生器可經組態以產生 一具有20%或甚至15%之工作循環的1〇信號集合。圖口展 示可用以將圖8所示之L0信號集合轉換為具有小於25%之 工作循裱之LO信號集合的具有四個AND閘及四個延遲元 G 彳之邏輯電路之-實例。在此情況下，藉由選擇每一延遲 元件之適當的延遲值，可組態每—輸出信號bI+/·、bQ+/_ 之所要的工作循環。如圖8或圖9所示之L〇信號產生器可 經修改以包括此電路或其等效物。在另一建構中，如圖8 或圖9所示之LO信號產生器經修改以直接產生一具有25% 工作循環之LO信號集合。因為基本頻率分量之量值隨著 工作循環變小而減小，所以可能需要判定可被預期在保持 接近於25%之工作循環值的同時避免開關重疊之特定應用 之工作循環值。 122710.doc -20- 200816619 l〇信號中之諧波可引起混頻器輸出信號中之非吾人所 樂見的分量。舉例而言，具有接近於25%之工作循環的L〇 信號具有可引起在頻率〜±2〜下之分量之強大的二次諧 波。在一些情況下，可能需要對混頻器輸出進行濾波或另 外自經混頻信號之兩個或兩個以上之主要頻率分量之中選 擇一者。舉例而言，如上文所述，可在每一混頻器之輸出 端子上包括一較小電容器以抑制較高頻率。 提供所描述之實施例之前述呈現以使任一熟習此項技術 者能夠做出或使用本發明。對此等實施例之各種修改係可 能的，且本文中所呈現之通用原理亦可適用於其他實施 Ο u 硬 例。舉例而言，可將一實施例部分地或整體上建構為入 連線電路、建構為-經製造於特殊應用積體電路中之電路 組態，或建構為-載入於非揮發性儲存器内之勃體程式或 一作為機器可讀程式碼的自資料儲存媒體（諸如，半導體 或其他揮發性或非揮發性記憶體，或諸如碟片之磁性及/ 或光學媒體）載入或載入於該資料儲存媒體内之軟體程 式，此程式碼為可由諸如微處理器或其他數位信號處理單 凡或有限狀態機之邏輯元件陣列執行之指令。 實施例亦包括如在附加申請專利範圍中闡明及如在本文 中藉由結構實施例之操作之描述㈣確揭示㈣率轉換方 法。可將此等方法中之每—者_實地體現於—或多個資料 儲存媒體中作為機器可讀程式碼。 122710.doc 21 200816619 (PDA)、傳呼機、攜帶型電子郵件設備（諸如， Blackberry )’及用於消費者及其他使用（例如，GpS接收 器、預訂音樂接收器、電視接收機）之衛星設備。用於無 線通彳s之没備之其他實例包括經組態以在無線區域及7或 個人區域網路上通信之設備，諸如，符合諸如下列標準之 一或多個規格中之一版本的設備：IEEE標準8〇21la、

U 802.1 1b 及 / 或 802·11η ; IEEE 標準 802·15·4(亦被稱作 ZigBeeTM);及 IEEE 標準 802.15.1(Bluet〇〇thTM);及/或超寬 頻（UWB)設備。實施例包括經組態適用於任何此等實例之 如本文中所揭示之方法及結構。 如本文中所描述之頻率轉換器之建構可體現於一晶片 中，可此作為可包括輸入級（例如，包括電晶體丁1、η之 轉導級）、輸出級（例如，諸如opamp 2〇i、2〇q之轉換阻抗 放大器）及/或正交本機振盪器信號產生器之較大電路之一 部分。此晶片亦可包括用於信號接收及/或傳輸之其他電 路，諸如，低雜訊放大器、功率放大器、調變器、解調變 器及/或數位信號處理器。實施例亦包括本文中所揭示之 結構之硬體描述語言（諸如，各種Veril〇g4VHDL)及包括 一或多個此等結構之消費者電子設備（例如，蜂巢式電話） 中的規格。因此，本發明並不意欲限於以上所展示之實施 例’而是符合與本文中以任—方式所揭示之原理及新賴= 徵相一致之最廣泛的範疇。 、 【圖式簡單說明】 圖la展示一包括兩個混頻器之頻率轉換器的方塊圖 122710.doc -22- 200816619 圖lb展示一驅動轉換阻抗放大器之頻率轉換器的方塊 圖。 圖2a展示一主動式混頻器之建構的示意圖。 圖2b展示一主動式混頻器之另一建構的示意圖。 ' 圖3a展示一被動式混頻器的示意圖。 - 圖3b展示圖3a中所說明之被動式混頻器的另一示意圖。 圖4展示一基於被動式電流換向混頻器架構之頻率轉換 () 器1〇〇的方塊圖。 圖5展示頻率轉換器100之一實例110的方塊圖。 圖6a展示一偏壓配置之一實例的示意圖。 圖6b展示一偏壓配置之另一實例的示意圖。 圖7展示一 MOSFET特徵曲線之一實例。 圖8展示一具有50%之工作循環之正交本機振盪器信號 集合的圖。 圖9展示一除四計數器的方塊圖。 U 圖1 〇展示，多相濾波器的示意圖。 圖11展示圖8之本機振盪器信號集合中之導通循環之間 的重疊之一實例。 圖12展示由圖11之週期A中所示之重疊產生的交叉通道 電路路徑之〆實例。 圖13展示由圖11之週期B中所示之重疊產生的交叉通道 電路路徑之/實例。 圖14展示I與Q混頻器之間的電阻性隔離之一實例。 圖15展示根據一實施例的本機振盪器信號集合之一實 122710.doc -23- 200816619 例0 圖16展示可用以將圖8所示之LO信號集合轉換為圖15所 示之LO信號集合的邏輯電路之方塊圖。 圖17展示可用以將圖8所示之LO信號集合轉換為具有小 於25%之工作循環之LO信號集合的邏輯電路之方塊圖。 【主要元件符號說明】 η

10i 混頻器 10q 混頻器 12i 切換混頻器 12q 切換混頻器 20i 轉換阻抗放大器 20q 轉換阻抗放大器 50 被動式混頻器 50i 被動式混頻器 50q 被動式混頻器 100 頻率轉換器 bl + 輸出信號 bl- 輸出信號 bQ+ 輸出信號 bQ- 輸出信號 CLK 時脈信號 CLKB CLK之互補 Ids 汲極與源極之間的電流 1 + 信號 122710.doc •24- 200816619 I- 信號 LO+ 本機振盪器（LO)信號 LO- 本機振盪器（LO)信號 M1 差動轉導級 M2 差動轉導級 M3 正交混頻器核心 M4 正交混頻器核心 M5 正交混頻器核心 M6 正交混頻器核心 M7 主動式設備 N1 開關 N2 開關 N3 開關 N4 開關 Q+ 信號 Q- 信號 RF 射頻 T1 轉導設備/電晶體 T2 轉導設備/電晶體 VDS 汲極與源極之間的電壓 VGs 閘極與源極之間的電壓 Vt 臨限電壓 Zl 匹配負載 122710.doc -25-

Claims (1)

1. 200816619 十、申請專利範圍： 1· -種包括-頻率轉換器之裝置’該頻率轉換器包含： -信號產生器，其經組態以產生一第一互補本機振堡 器（LO)信號對及-第二互補信號對，使㈣第一互補 . 對之-信號與該第二互補對之—信號之間的—相位差大 體上等於九十度； 第/心頻器，其經組態及配置以將一射頻（RF)電流 〇 信號與該第一互補LO信號對進行混頻；及 第此頻器，其經組態及配置以將該RF電流信號與 該第二互補L〇信號對進行混頻， 其中該信號產生器經組態以產生具有大體上小於百分 十之玉作循J衣的該第一及該第^互補對中之每一 信號。 2.如請求項1之裝置，其中該信號產生器經組態以產生具 有大體上等於石公夕-丄^ ^ 、 之一十五之一工作循環的該第一及該 〇 弟二互補對中之每一信號。 3·如請求項1之裝置，其中該信號產生器經組態以產生具 =大體上小於百分之二十五之—卫作循環的該第一及該 第二互補對中之每一信號。 4·::求項1之裝置，其中該第-混頻器經組態及配置以 音差動RF電流信號與該第一互補L〇信號 頻，且 4 q 號=第組態及配置以將該差動灯電流信 互補L〇抬號對進行混頻。 122710.doc 200816619 "月求項1之裝置，該頻率轉換器包含一轉導級，其經 組態及配置以基於一 RF電壓信號來輪出該rf電流信號。 6·如請求之裝置，其中該第一及該第二混頻器中之每 一者包括一被動式混頻器。

   月求項1之裝置，其中該第一混頻器經組態以根據該 第一互補LO信號對來換向該rf電流信號，且 八中邊第一混頻器經組態以根據該第二互補[〇信號對 來換向該RF電流信號。 月求項1之裝置，其中該第一混頻器經組態以隨著時 間而根據該第一互補LO信號對之振幅來週期性地使該 RF電流信號之松位反向，且 其中該第二混頻器經組態以隨著時間而根據該第二互 補LO信號對之振幅來週期性地使該尺1?電流信號之該相 位反向。 9·如睛求項丨之裝置，其中該第一及該第二混頻器中之每 G 一者包括一 Gilbert單元。 1〇·如請求項1之裝置，其中該第一混頻器經組態以將該RF 電流栺號與該第一互補LO信號對進行混頻，以基於該 RF電流信號之一同相分量來產生一基頻信號，且 其中該第二混頻器經組態以將該RJ7電流信號與該第二 互補LO信號對進行混頻，以基於該rf電流信號之一正 交分量來產生一基頻信號。 11 ·如請求項1之裝置，其中該頻率轉換器包括·· 一第一轉換阻抗放大器，其經配置以自該第一混頻器 122710.doc -2- 200816619 接收基於該RF電流信號及該第一互補對的經頻率轉換 之信號；及 第一轉換阻抗放大器，其經配置以自該第二混頻器 接收一基於該RF電流信號及該第二互補對的經頻率轉換 - 之信號。 .請求項η之！！置，丨中該第一及該第二轉換阻抗放大 态之中之至少一者包括一運算放大器。 〇 13·如請求項3之裝置，其中該裝置為一積體電路。 14. 如請求項3之裝置，其中該裝置為一包括該頻率轉換器 的用於無線通信之設備。 15. 如請求項3之裝置，其中該裝置包含一包括該頻率轉換 器的蜂巢式電話。 16· 一種資料儲存媒體，其具有如請求項3之裝置的以一硬 體描述語言之一機器可執行規格。 17· —種頻率轉換方法，該方法包含： G 產生一第一互補本機振盪器（LO)信號對及一第二互補 LO信號對，使得該第—互補對之—信號與該第二互補對 之仏號之間的一相位差大體上等於九十度； 在一第一通道中，將一射頻（RF)電流信號與該第一互 補LO信號對進行混頻；及 在一第二通道中’將該尺1?電流信號與該第二互補 信號對進行混頻， 其中”亥第一及該第二互補對中之每一信號具有大體上 小於百分之五十之一工作循環。 122710.doc 200816619 18·如：求項17之頻率轉換方法，該方法包含產生具有大體 上等於百分之二十五之一工作循環的該第一及該第二互 補LO信號對之該等信號中之每一者。 19·如請求項17之頻率轉換方法，該方法包含產生具有小於 百刀之一十五之一工作循環的該第一及該第二互補L〇信 號對之該等信號中之每一者。 20. 〇 21. 如請求項17之頻率轉換方法’該方法包含產生具有大體 上小於百分之二十五之一工作循環的該第一及該第二互 補LO信號對之該等信號中之每一者。 如請求項17之頻率轉換方法，其中在一第一通道中之該 匕頻ο έ將差動RF電流#號與該第一互補信號對 進行混頻，且 其中在一第一通道中之該混頻包含將該差動rf電流信 號與該第二互補LO信號對進行混頻。 22. 如請求項π之頻率轉換方法，該方法包含將一rf電壓信 〇 號轉換為該RF電流信號。 23. 如請求項17之頻率轉換方法，其中在一第一通道中之該 混頻包含根據該第一互補LO信號對來換向該RF電流信 號，且 其中在一第一通道中之該混頻包含根據該第二互補LO 信號對來換向該RF電流信號。 24·如請求項17之頻率轉換方法，其中在一第一通道中之該 混頻包含隨著時間而根據該第一互補L〇信號對之振幅來 週期性地使該RF電流信號之相位反向，且 122710.doc 200816619 其中在一第二通道中之該混頻包含隨著時間而根據該 弟一互補L Ο彳§號對之振幅來週期性地使該rf電流彳古费 之該相位反向。 25·如請求項17之頻率轉換方法，該方法包含：在該第一通 道中，將一基於4 RF電流信號及該第一互補對的經頻率 轉換之#號轉換為一電壓彳§號；及在該第二通道中，將 一基於該RF電流信號及該第二互補對的經頻率轉換之信 號轉換為一電壓信號。 26·如請求項17之頻率轉換方法，其中在一第一通道中之該 混頻包含將該RF電流信號與該第一互補對進行混頻，以 基於該RF信號之一同相分量來產生一第一基頻信號，且 其中在一第二通道中之該混頻包含將該RF電流信號與 該第二互補對進行混頻，以基於該RF信號之一正交分量 來產生一第二基頻信號。 27_ —種包括一頻率轉換器之裝置，該頻率轉換器包含： 用於產生第一互補本機振盈器（LO)信號對及一第二 互補L Ο信號對以使得該第一互補對之一信號與該第二互 補對之一信號之間的一相位差大體上等於九十度之構 件； 在一第一通道中，用於將一射頻（RF)電流信號與該第 一互補L0信號對進行混頻之構件；及 在一第二通道中，用於將該RF電流信號與該第二互補 LO信號對進行混頻之構件， 其中用於產生之該構件經組態以產生具有大體上小於 122710.doc 200816619 百分之五十之一工作循環的 每一信號。 第一互補對中之 28. . 29. η 30. 31. Ο 32. 33. 裝置用…之該構件經組態q 及兮第—於百*之二十五之—L㈣該第-及該第一互補對中之每一信號。 如凊求項27之裝置，其中用於產生 、屋生之忒構件經組態以產 具有大體上小於百分之二十五之一工作循環的該第一 及遠第二互補對中之每一信號。 如請求項27之裝置，其中該頻率轉換器包含一用於將一 RF電壓號轉換為該rf電流信號之構件。 如請求項27之裝置’其中用於在一第一通道中混頻之該 構件經組態以根據該第一互補L〇信號對來換向該rf電 流信號，且 其中用於在一第二通道中混頻之該構件經組態以根據 該第二互補LO信號對來換向該rf電流信號。 如明求項27之裝置，其中用於在一第一通道中混頻之該 構件經組態以卩通者時間而根據該第一互補L Ο信號對之振 幅來週期性地使該RF電流信號之相位反向，且 其中用於在一第二通道中混頻之該構件經組態以隨著 時間而根據該第二互補LO信號對之振幅來週期性地使該 RF電流信號之該相位反向。 如請求項27之裝置，其中用於在一第一通道中混頻之該 構件經組態以將該RF電流信號與該第一互補LO信號對 進行混頻，以基於該RF電流信號之一同相分量來產生一 122710.doc -6 - 200816619 基頻信號，且 其中用於在一第二通道中混頻之該構件經組態以將該 RF電流信號與該第二互補LO信號對進行混頻，以基於 該RF電流信號之一正交分量來產生一基頻信號。 34·如請求項27之裝置，其中該頻率轉換器包括： Ο

   用於將一自用於在一第一通道中混頻之該構件所接收 且基於δ亥RF電流彳g號及该第一互補對的經頻率轉換之信 號轉換為一電壓信號之構件；及 用於將一自用於在一第二通道中混頻之該構件所接收 且基於該RF電流信號及該第二互補對的經頻率轉換之信 號轉換為一電壓信號之構件。 3 5·如請求項29之襞置 36.如請求項29之裳置 器的用於無線通信 37·如請求項29之裝置 器的蜂巢式電話。 ’其中該裂置為一積體電路。 ，其中該裝置包含一包括該頻率轉換 之設備。 /、中4骏置包含一包括該頻率轉換 122710.doc