TW201815057A - 降頻混頻器 - Google Patents

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Abstract

一種降頻混頻器包含：一單端轉差動電路，根據一振盪電壓信號產生一差動振盪電壓信號；一增益放大電路，根據一射頻電壓信號產生一由正相及負相射頻電壓信號所共同構成的差動射頻電壓信號；一混頻電路，用以接收一直流偏壓電壓、該差動振盪電壓信號及該等正相與負相射頻電壓信號，並據以產生一差動中頻電壓信號；及一信號放大電路，用以接收該直流偏壓電壓及該差動中頻電壓信號，並將該差動中頻電壓信號放大以產生一差動輸出電壓信號。

Description

降頻混頻器
本發明是有關於一種混頻器，特別是指一種降頻混頻器。
參閱圖1，習知降頻混頻器包含一第一單端轉差動電路（Balun）51、一第二單端轉差動電路（Balun）52、一增益放大電路53、一混頻電路54及一信號放大電路55。該第一單端轉差動電路51根據一振盪電壓信號，產生一差動振盪電壓信號。該第二單端轉差動電路52根據一射頻電壓信號產生一差動射頻電壓信號。該增益放大電路53根據該差動射頻電壓信號產生一差動射頻信號。該混頻電路54根據來自該第一單端轉差動電路51的該差動振盪電壓信號以及來自該增益放大電路53的該差動射頻信號，產生一差動中頻電壓信號。該信號放大電路55將該差動中頻電壓信號放大以產生一差動輸出電壓信號。
該習知降頻混頻器之該第二單端轉差動電路52、該增益放大電路53、該混頻電路54及該信號放大電路55間的雜訊指數(noise figure，NF)可由下述式(1)獲得：式(1)， 其中，參數NF52 、NF53 、 NF54 、 NF55 分別是該第二單端轉差動電路52、該增益放大電路53、該混頻電路54及該信號放大電路55的一雜訊指數，參數G52 、G53 、 G54 分別是該該第二單端轉差動電路52、該增益放大電路53及該混頻電路54的一功率增益，且該功率增益G52 小於1。
然而，在上述結構中，由於該第二單端轉差動電路52為必要構件，因此，該習知降頻混頻器具有相對較大的電路面積。此外，參閱圖2、3、4，圖2、3、4分別為該習知降頻混頻器之轉換增益、雜訊指數，及該第一單端轉差動電路51的單端(即，接收該振盪電壓信號處)與該第二單端轉差動電路52的單端(即，接收該射頻電壓信號處)之間的隔離度的模擬示意圖。由圖2、3、4可知，該習知降頻混頻器具有低轉換增益、高雜訊指數及低隔離度的缺點。因此，該習知降頻混頻器仍有改進的空間。
因此，本發明之目的，即在提供一種能夠克服先前技術之缺點的降頻混頻器。
於是，本發明降頻混頻器，包含一單端轉差動電路、一增益放大電路、一混頻電路及一信號放大電路。
該單端轉差動電路根據一振盪電壓信號，產生一差動振盪電壓信號。
該增益放大電路包括一輸入端、一第一輸出端、一第二輸出端、一同相放大器、一第一電容器及一反相放大器。
該輸入端用於接收一射頻電壓信號。
該同相放大器電連接在該第一輸出端與該輸入端之間，接收來自該輸入端的該射頻電壓信號，並將該射頻電壓信號進行同相位轉換成一正相射頻電壓信號，且該同相放大器在該第一輸出端輸出該正相射頻電壓信號。
該第一電容器具有一電連接該輸入端以接收該射頻電壓信號的第一端及一第二端。
該反相放大器電連接在該第二輸出端與該第一電容的該第二端之間，接收來自該第一電容的輸出，並將該第一電容的輸出進行相位轉換成一反相於該射頻電壓信號的反相射頻電壓信號，且該反相放大器在該第二輸出端輸出該反相射頻電壓信號。
該混頻電路電連接該單端轉差動電路，及該增益放大電路的該等第一及第二輸出端，且用以接收一直流偏壓電壓、來自該單端轉差動電路的該差動振盪電壓信號，及分別來自該增益放大電路之該等第一及第二輸出端的該等正相及負相射頻電壓信號，該混頻電路根據該直流偏壓電壓、該差動振盪電壓信號及該等正相及負相射頻電壓信號，產生一差動中頻電壓信號。
該信號放大電路電連接該混頻電路，並用以接收該直流偏壓電壓及來自該混頻電路之該差動中頻電壓信號，該信號放大電路將該差動中頻電壓信號放大以產生一差動輸出電壓信號。
參閱圖5與圖6，本發明降頻混頻器之實施例包含一單端轉差動電路1、一增益放大電路2、一混頻電路3及一信號放大電路4。
該單端轉差動電路1具有一用於接收一振盪電壓信號的輸入端T1及第一與第二輸出端T2、T3。該單端轉差動電路1根據該振盪電壓信號，產生一由一正相振盪電壓信號Vos1及一負相振盪電壓信號Vos2所共同構成的差動振盪電壓信號，並且分別在該等第一及第二輸出端T2、T3輸出該等正相及負相振盪電壓信號Vos1、Vos2。在此實施例中，該單端轉差動電路1為，例如，一馬爾尚巴倫(Marchand Balun) 。
該增益放大電路2包括一用於接收一射頻電壓信號的輸入端P1、一第一輸出端P2、一第二輸出端P3、一同相放大器21、一第一電容器C1、一反相放大器22、一第三電晶體M3、一第二電阻器R2及一隔離度提升器23。該增益放大電路2根據該射頻電壓信號產生一由一正相射頻電壓信號Vr1及一負相射頻電壓信號Vr2所共同構成的差動射頻電壓信號。
該同相放大器21電連接在該第一輸出端P2與該輸入端P1之間，接收來自該輸入端P1的該射頻電壓信號，並將該射頻電壓信號進行同相位轉換成該正相射頻電壓信號Vr1，且該同相放大器21在該第一輸出端P2輸出該正相射頻電壓信號Vr1。在此實施例中，該同相放大器21包括一第一電感型傳輸線L1、一第一電晶體M1、一第二電感型傳輸線L2及一第一電阻器R1。
該第一電感型傳輸線L1、該第一電晶體M1與該第二電感型傳輸線L2串聯連接在該第一輸出端P2與該輸入端P1之間。該等第一及第二電感型傳輸線L1、L2分別電連接該第一輸出端P2及該輸入端P1，該第一電晶體M1電連接在該等第一及第二電感型傳輸線L1、L2之間，並具有一用於接收一第一直流偏壓VDD1的控制端，以致該第一電晶體M1根據該第一直流偏壓VDD1而導通或不導通。該第一電阻器R1電連接該第一電晶體M1之該控制端，且接收該第一直流偏壓VDD1。
該第一電容器C1具有一電連接該輸入端P1以接收該射頻電壓信號的第一端及一第二端。
該反相放大器22電連接在該第二輸出端P3與該第一電容C1的該第二端之間，接收來自該第一電容C1的輸出，並將該第一電容C1的輸出進行相位轉換成該反相於該射頻電壓信號的反相射頻電壓信號Vr2，且該反相放大器22在該第二輸出端P3輸出該反相射頻電壓信號Vr2。在此實施例中，該反相放大器22包括一第三電感型傳輸線L3、一第二電晶體M2、一第四電感型傳輸線L4及一第二電容器C2。
該第三電感型傳輸線L3、該第二電晶體M2與該第四電感型傳輸線L4串聯連接在該第二輸出端P3與地之間。該等第三及第四電感型傳輸線L3、L4分別電連接地及該第二輸出端P3，該第二電晶體M2電連接在該等第三及第四電感型傳輸線L3、L4之間，並具有一電連接該第一電容C1的該第二端的控制端，以接收來自該第一電容C1的輸出。該第二電容器C2並聯連接該第四電感型傳輸線L4。
該第三電晶體M3電連接在該輸入端P1與地之間，且具有一電連接該第二電晶體M2的該控制端的控制端，該等第二及第三電晶體M2、M3的該等控制端更用於接收一第二直流偏壓VDD2，以致該等第二及第三電晶體M2、M3根據該第二直流偏壓VDD2而導通或不導通。該第二電阻器R2電連接該第三電晶體M3之該控制端，且接收該第二直流偏壓VDD2。
在此實施例中，該等第一至第三電晶體M1~M3各自具有一第一端及一第二端，該第一電晶體M1的該等第一及第二端分別電連接該等第一及第二電感型傳輸線L1、L2，該第三電晶體M3的該第一端及該第二端分別電連接該輸入端P1與地，該第二電晶體M2的該等第一及第二端分別電連接該等第三及第四電感型傳輸線L3、L4。該等第一至第三電晶體M1~M3各自為，例如，一N型金氧半場效電晶體，且該N型金氧半場效電晶體的汲極、源極及閘極分別為該等第一至第三電晶體M1~M3中的每一者的該第一端、該第二端及該控制端。
須說明的是，由於該第一電容器C1會將該射頻電壓信號經由其該第二端耦合至該第二電晶體M2的該控制端，使該第二電晶體M2相當於一共源極(common source)放大器。此外，該第一電晶體M1相當於一共閘極(common gate)放大器，因此該增益放大電路2可根據該射頻電壓信號產生相位互補的該等正相及負相射頻電壓信號Vr1、Vr2。
該隔離度提升器23電連接在該第一輸出端P2與該第二輸出端P3之間，用以使該增益放大電路2中的所有寄生電容(圖未示)共振開路。在此實施例中，該隔離度提升器23包括一第五電感型傳輸線L5。該第五電感型傳輸線L5電連接在該等第一及第二輸出端P2、P3之間。
該混頻電路3電連接一電壓源30、該單端轉差動電路1的該等第一及第二輸出端T2、T3，及該增益放大電路2的該等第一及第二輸出端P2、P3，且用以接收來自該電壓源30之一直流偏壓電壓VDD3、分別來自該單端轉差動電路1之該等第一及第二輸出端T2、T3的該等正相及負相振盪電壓信號Vos1、Vos2，及分別來自該增益放大電路2之該等第一及第二輸出端P2、P3的該等正相及負相射頻電壓信號Vr1、Vr2。該混頻電路3根據該直流偏壓電壓VDD3、該等正相及負相振盪電壓信號Vos1、Vos2及該等正相及負相射頻電壓信號Vr1、Vr2，產生一由一正相中頻電壓信號Vi1及一負相中頻電壓信號Vi2所共同構成的差動中頻電壓信號。該差動中頻電壓信號具有一頻率f1，該頻率f1相關於該振盪電壓信號的一頻率f2與該射頻電壓信號的一頻率f3。在此實施例中，例如，f1=f3-f2，但不以此為限。舉例來說，當f2=93.9GHz且f3=94GHz時，f1=0.1(94-93.9)GHz。
在此實施例中，該混頻電路3具有第一至第四輸入端Q1~Q4，及第一與第二輸出端Q5、Q6，並包括第一至第四混頻電晶體31~34，及第一與第二電阻器35、36，該等第一至第四混頻電晶體31~34及該等第一與第二電阻器35、36各自具有一第一端及一第二端。
該等第一與第二輸入端Q1、Q2分別電連接該單端轉差動電路1的該等第一與第二輸出端T2、T3。該等第三與第四輸入端Q3、Q4分別電連接該增益放大電路2的該等第一與第二輸出端P2，P3。該等第一與第二輸出端Q5、Q6分別輸出該等正相與負相中頻電壓信號Vi1、Vi2。該第一電阻器35及該第一混頻電晶體31串聯連接在該電壓源30與該第三輸入端Q3之間，該第一電阻器35的該第一端電連接該電壓源30，該第一混頻電晶體31的該等第一及第二端分別電連接該第一電阻器35的該第二端與該第三輸入端Q3。該第二電阻器36及該第二混頻電晶體32串聯連接在該電壓源30與該第四輸入端Q4之間，該第二電阻器36的該第一端電連接該電壓源30，該第二混頻電晶體32的該等第一及第二端分別電連接該第二電阻器36的該第二端與該第四輸入端Q4。該等第一與第二混頻電晶體31、32各自還具有一電連接該混頻電路3的該第一輸入端Q1以接收該正相振盪電壓信號Vos1的控制端，以致該等第一與第二混頻電晶體31、32各自根據該正相振盪電壓信號Vos1導通或不導通。該第三混頻電晶體33的該等第一與第二端分別電連接該混頻電路3的該第二輸出端Q6與該第三輸入端Q3，該第四混頻電晶體34的該等第一與第二端分別電連接該混頻電路3的該第一輸出端Q5與該第四輸入端Q4，該等第三與第四混頻電晶體33、34各自還具有一電連接該混頻電路3的該第二輸入端Q2以接收該負相振盪電壓信號Vos2的控制端，以致該等第三與第四混頻電晶體33、34各自根據該負相振盪電壓信號Vos2導通或不導通。
須說明的是，該等第一至第四混頻電晶體31~34各自為，例如，一N型金氧半場效電晶體，且該N型金氧半場效電晶體的汲極、源極及閘極分別為該等第一至第四混頻電晶體31~34中的每一者的該第一端、該第二端及該控制端。當該等第一與第二混頻電晶體31、32各自根據該正相振盪電壓信號Vos1而導通時，該等第三與第四混頻電晶體33、34各自根據該負相振盪電壓信號Vos2而不導通，當該等第一與第二混頻電晶體31、32各自根據該正相振盪電壓信號Vos1而不導通時，該等第三與第四混頻電晶體33、34各自根據該負相振盪電壓信號Vos2而導通。
該信號放大電路4電連接該電壓源30及該混頻電路3的該等第一與第二輸出端Q5、Q6，並用以接收來自該電壓源30之該直流偏壓電壓VDD3及分別來自該混頻電路3的該等第一與第二輸出端Q5、Q6之該等正相與負相中頻電壓信號Vi1、Vi2。該信號放大電路4將該等正相與負相中頻電壓信號Vi1、Vi2放大以產生一由一正相輸出電壓信號Vo1及一負相輸出電壓信號Vo2所共同構成的差動輸出電壓信號。在此實施例中，該信號放大電路4具有第一與第二輸入端S1、S2，及第一與第二輸出端S3、S4，並包括第一與第二信號放大單元41、42。
該等第一與第二輸入端S1、S2分別電連接該混頻電路3的該等第一與第二輸出端Q5、Q6，以分別接收該等正相與負相中頻電壓信號Vi1、Vi2。該等第一與第二輸出端S3、S4分別用於輸出該等正相與負相輸出電壓信號Vo1、Vo2。
該第一信號放大單元41具有該信號放大電路4的該等第一及第二輸入端S1、S2，並用於分別將該等正相與負相中頻電壓信號Vi1、Vi放大以產生一由一正相調整電壓信號Va1及一負相調整電壓信號Va2所共同構成的差動調整電壓信號。在此實施例中，該第一信號放大單元41包括第一至第六放大電晶體411~416，及一電阻器417。
該電阻器417具有一第一端，及一接地的第二端。該等第一至第六放大電晶體411~416各自具有一第一端、一第二端及一控制端。該等第一至第三放大電晶體411~413串聯連接在該電壓源30與該電阻器417之該第一端之間。該第一放大電晶體411之該第一端及該控制端分別電連接該電壓源30及地。該第二放大電晶體412之該等第一及第二端分別電連接該第一放大電晶體411之該第二端與該第三放大電晶體413之該第一端，該第三放大電晶體413之該第二端電連接該電阻器417之該第一端，該等第二及第三放大電晶體412、413中之每一者的該控制端電連接該信號放大電路4的該第一輸入端S1以接收該正相中頻電壓信號Vi1，以致該等第二及第三放大電晶體412、413中之每一者根據該正相中頻電壓信號Vi1而導通或不導通。該第一信號放大單元41於該等第一及第二放大電晶體411、412之間的一第一共同接點N1輸出該正相調整電壓信號Va1。該等第四至第六放大電晶體414~416串聯連接在該電壓源30與該電阻器417之該第一端之間。該第四放大電晶體414之該第一端及該控制端分別電連接該電壓源30及地。該第五放大電晶體415之該等第一及第二端分別電連接該第四放大電晶體414之該第二端與該第六放大電晶體416之該第一端，該第六放大電晶體416之該第二端電連接該電阻器417之該第一端，該等第五及第六放大電晶體415、416中之每一者的該控制端電連接該信號放大電路4的該第二輸入端S2以接收該負相中頻電壓信號Vi2，以致該等第五及第六放大電晶體415、416中之每一者根據該負相中頻電壓信號Vi2而導通或不導通。該第一信號放大單元41於該等第四及第五放大電晶體414、415之間的一第二共同接點N2輸出該負相調整電壓信號Va2。須說明的是，該等第一及第四放大電晶體411、414各自為，例如，一P型金氧半場效電晶體，且該P型金氧半場效電晶體的源極、汲極及閘極分別為該等第一及第四放大電晶體411、414中的每一者的該第一端、該第二端及該控制端。該等第二及第三放大電晶體412、413與該等第五及第六放大電晶體415、416各自為，例如，一N型金氧半場效電晶體，且該N型金氧半場效電晶體的汲極、源極及閘極分別為該等第二及第三放大電晶體412、413與該等第五及第六放大電晶體415、416中的每一者的該第一端、該第二端及該控制端。
該第二信號放大單元42具有該信號放大電路4的該等第一及第二輸出端S3、S4，且電連接該第一信號放大單元41的該等第一及第二共同接點N1、N2，以接收分別來自該第一信號放大單元41的該等第一及第二共同接點N1、N2的該等正相與負相調整電壓信號Va1，Va2，並用於分別將該等正相與負相調整電壓信號Va1，Va2放大以產生該等正相與負相輸出電壓信號Vo1，Vo2。在此實施例中，該第二信號放大單元42包括第七至第十二放大電晶體421~426及一電阻器427。
該等第七至第九放大電晶體421~423串聯連接在該電壓源30與地之間。該第七放大電晶體421電連接該電壓源30以接收該直流偏壓電壓VDD3，且具有一電連接該第一共同接點N1以接收該正相調整電壓信號Va1的控制端，以致該第七放大電晶體421根據該正相調整電壓信號Va1導通或不導通。該第九放大電晶體423電連接至地，該第八放大電晶體422電連接在該等第七及第九放大電晶體421、423之間，該等第七及第八放大電晶體421、422之間的一第三共同接點N3電連接該信號放大電路4的該第一輸出端S3。該等第八及第九放大電晶體422、423中之每一者具有一接收一第四直流偏壓VDD4的控制端，以致該等第八及第九放大電晶體422、423中之每一者根據該第四直流偏壓VDD4而導通或不導通。該等第十至第十二放大電晶體424~426串聯連接在該電壓源30與地之間。該第十放大電晶體424電連接該電壓源30以接收該直流偏壓電壓VDD3，且具有一電連接該第二共同接點N2以接收該負相調整電壓信號Va2的控制端，以致該第十放大電晶體424根據該負相調整電壓信號Va2導通或不導通。該第十二放大電晶體426電連接至地，該第十一放大電晶體425電連接在該等第十及第十二放大電晶體424、426之間，該等第十及第十一放大電晶體424、425之間的一第四共同接點N4電連接該信號放大電路4的該第二輸出端S4。該等第十一及第十二放大電晶體425、426中之每一者具有一接收該第四直流偏壓VDD4的控制端，以致該等第十一及第十二放大電晶體425、426中之每一者根據該第四直流偏壓VDD4而導通或不導通。該電阻器427電連接該等第八及第九放大電晶體422、423與該等第十一及第十二放大電晶體425、426之該等控制端，且接收該第四直流偏壓VDD4。
參閱圖5，當該降頻混頻器操作於射頻時(即，該振盪電壓信號與該射頻電壓信號皆為射頻信號)，該第五電感型傳輸線L5與該增益放大電路2之該等第一至第三電晶體M1~M3中的所有寄生電容(圖未示)共振開路，使本發明降頻混頻器的轉換增益(conversion gain，CG)不會受該等寄生電容的影響，因此可提升本發明降頻混頻器的該轉換增益CG。
本發明降頻混頻器的該轉換增益CG可由下述式(2)獲得：式(2)， 其中，參數gm1,3 是該增益放大電路2的該等第一及第三電晶體M1、M3的一等效輸入轉導值，參數R35,36 是該等第一及第二電阻器35、36的電阻值。
本發明降頻混頻器之該增益放大電路2、該混頻電路3及該信號放大電路4間的雜訊指數(noise figure，NF)可由下述式(3)獲得：式(3)， 其中，參數NF0 、NF2 、 NF3 、 NF4 分別是該增益放大電路2的該輸入端P1、該增益放大電路2、該混頻電路3及該信號放大電路4的一雜訊指數，參數G0 、G2 、G3 分別是該增益放大電路2的該輸入端P1、該增益放大電路2及該混頻電路3的一功率增益。該增益放大電路2的該輸入端P1實際上為一傳輸線(被動元件)，因此，理想上該雜訊指數NF0 及該功率增益G0 等於1。
根據本案的式(3)相較於先前技術的式(1)可以瞭解：由於本案不需要圖1之習知降頻混頻器中所必須的該第二單端轉差動電路52，使得本案式(3)的該雜訊指數NF小於先前技術式(1)的雜訊指數，因此，從理論推導可知本發明降頻混頻器確實具有降低雜訊指數的功效。
參閱圖7，其顯示本發明之該單端轉差動電路1(見圖5)的可實施態樣，但不限於此。在此實施例中，該單端轉差動電路1為，例如，一一-底部金屬馬爾尚巴倫6 (1-Underneath Metal Marchand Balun)，該一-底部金屬馬爾尚巴倫6包括一個底部金屬61及一個頂部金屬62，該底部金屬61的厚度小於該頂部金屬62的厚度(舉例來說，以典型的90nm半導體製程為例，該頂部金屬62為其最上層金屬且厚度約為3.4μm，該底部金屬61的厚度約為0.85μm)，且該頂部金屬62的結構設計為雙半圓結構。
參閱圖8，其顯示本發明之該單端轉差動電路1(見圖5)的習知實施態樣為，例如，一三-底部金屬馬爾尚巴倫7，該三-底部金屬馬爾尚巴倫7包括三個底部金屬71~73及二個頂部金屬74、75，每一底部金屬71~73的厚度小於每一頂部金屬94、95的厚度，且該等頂部金屬74、75的結構設計各自為矩形結構。
需注意的是，由於該等底部金屬61、71~73較薄，其功率損耗較高，且馬爾尚巴倫結構中的直角越多功率損耗也會越高，故底部金屬的數量與馬爾尚巴倫結構中的直角越少越好。因此，本發明降頻混頻器藉由該一-底部金屬馬爾尚巴倫6來取代習知該三-底部金屬馬爾尚巴倫7，可降低該單端轉差動電路1的底部金屬與馬爾尚巴倫結構中的直角的數量，使得本發明降頻混頻器的功率損耗降低。
參閱圖9，為該實施例之該轉換增益CG的模擬示意圖。圖9顯示相較於圖2之習知降頻混頻器，本發明降頻混頻器確實具有較高的轉換增益。
參閱圖10，為該實施例之該雜訊指數NF的模擬示意圖。圖10顯示相較於圖3之習知降頻混頻器，本發明降頻混頻器確實具有較低的雜訊指數。
參閱圖11，為該實施例之該單端轉差動電路1的該輸入端T1與該增益放大電路2的該輸入端P1之間的隔離度的模擬示意圖。圖11顯示相較於圖4之習知降頻混頻器，本發明降頻混頻器確實具有較高的隔離度。
綜上所述，上述實施例具有以下優點：
1. 由於該增益放大電路2可根據該射頻電壓信號產生該差動射頻電壓信號，因此，本發明降頻混頻器不需要圖1之習知降頻混頻器中所必須的該第二單端轉差動電路52，使得本發明降頻混頻器具有相對較小的電路面積及較低的雜訊指數，且更可避免習知該第二單端轉差動電路52會造成增益損耗的問題。
2. 藉由該第五電感型傳輸線L5與該增益放大電路2之該等第一至第三電晶體M1~M3中的所有寄生電容共振開路，可提升該增益放大電路2的增益，進而提升本發明降頻混頻器的該轉換增益CG，並降低本發明降頻混頻器的雜訊指數。
3. 藉由該第五電感型傳輸線L5與該第二電晶體M2之閘汲極端間的寄生電容Cgd (圖未示)共振開路，可有效降低流經該寄生電容Cgd的信號對隔離度的影響，使該單端轉差動電路1的該輸入端T1與該增益放大電路2的該輸入端P1之間具有較高的隔離度。
4. 由於該單端轉差動電路1為該一-底部金屬馬爾尚巴倫6，藉此，更可降低本發明降頻混頻器的功率損耗。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧單端轉差動電路
2‧‧‧增益放大電路
21‧‧‧同相放大器
22‧‧‧反相放大器
23‧‧‧隔離度提升器
3‧‧‧混頻電路
30‧‧‧電壓源
31‧‧‧第一混頻電晶體
32‧‧‧第二混頻電晶體
33‧‧‧第三混頻電晶體
34‧‧‧第四混頻電晶體
35‧‧‧第一電阻器
36‧‧‧第二電阻器
4‧‧‧信號放大電路
41‧‧‧第一信號放大單元
411‧‧‧第一放大電晶體
412‧‧‧第二放大電晶體
413‧‧‧第三放大電晶體
414‧‧‧第四放大電晶體
415‧‧‧第五放大電晶體
416‧‧‧第六放大電晶體
417‧‧‧電阻器
M3·‧‧‧第三電晶體
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
N1‧‧‧第一共同接點
N2‧‧‧第二共同接點
N3‧‧‧第三共同接點
N4‧‧‧第四共同接點
P1‧‧‧輸入端
P2‧‧‧第一輸出端
P3‧‧‧第二輸出端
Q1‧‧‧第一輸入端
Q2‧‧‧第二輸入端
Q3‧‧‧第三輸入端
Q4‧‧‧第四輸入端
Q5‧‧‧第一輸出端
Q6‧‧‧第二輸出端
R1‧‧‧第一電阻器
R2‧‧‧第二電阻器
S1‧‧‧第一輸入端
42‧‧‧第二信號放大單元
421‧‧‧第七放大電晶體
422‧‧‧第八放大電晶體
423‧‧‧第九放大電晶體
424‧‧‧第十放大電晶體
425‧‧‧第十一放大電晶體
426‧‧‧第十二放大電晶體
427‧‧‧電阻器
6‧‧‧一-底部金屬馬爾尚巴倫
61‧‧‧底部金屬
62‧‧‧頂部金屬
7‧‧‧三-底部金屬馬爾尚巴倫
71~73‧‧‧底部金屬
74‧‧‧頂部金屬
75‧‧‧頂部金屬
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
L1‧‧‧第一電感型傳輸線
L2‧‧‧第二電感型傳輸線
L3‧‧‧第三電感型傳輸線
L4‧‧‧第四電感型傳輸線
L5‧‧‧第五電感型傳輸線
S2‧‧‧第二輸入端
S3‧‧‧第一輸出端
S4‧‧‧第二輸出端
T1‧‧‧輸入端
T2‧‧‧第一輸出端
T3‧‧‧第二輸出端
Vr1‧‧‧正相射頻電壓信號
Vr2‧‧‧負相射頻電壓信號
Vos1‧‧‧正相振盪電壓信號
Vos2‧‧‧負相振盪電壓信號
Vi1‧‧‧正相中頻電壓信號
Vi2‧‧‧負相中頻電壓信號
Va1‧‧‧正相調整電壓信號
Va2‧‧‧負相調整電壓信號
Vo1‧‧‧正相輸出電壓信號
Vo2‧‧‧負相輸出電壓信號
VDD1‧‧‧第一直流偏壓
VDD2‧‧‧第二直流偏壓
VDD3‧‧‧直流偏壓電壓
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一電路方塊圖，說明習知降頻混頻器； 圖2是一模擬圖，說明該習知降頻混頻器的轉換增益對頻率的變化； 圖3是一模擬圖，說明該習知降頻混頻器的雜訊指數對頻率的變化； 圖4是一模擬圖，說明該習知降頻混頻器的一第一單端轉差動電路的單端與一第二單端轉差動電路的單端之間的隔離度對頻率的變化； 圖5是一電路方塊圖，說明本發明降頻混頻器之一實施例； 圖6是一電路方塊圖，說明該實施例之該降頻混頻器； 圖7是一結構圖，說明該實施例之一單端轉差動電路的實施態樣； 圖8是一結構圖，說明該實施例之該單端轉差動電路的習知實施態樣； 圖9是一模擬圖，說明該實施例的轉換增益對頻率的變化； 圖10是一模擬圖，說明該實施例的雜訊指數對頻率的變化；及 圖11是一模擬圖，說明該實施例的一單端轉差動電路的一輸入端與一增益放大電路的一輸入端之間的隔離度對頻率的變化。

Claims (11)

  1. 一種降頻混頻器，包含： 一單端轉差動電路，根據一振盪電壓信號，產生一差動振盪電壓信號； 一增益放大電路，包括 一輸入端，用於接收一射頻電壓信號， 一第一輸出端及一第二輸出端， 一同相放大器，電連接在該第一輸出端與該輸入端之間，接收來自該輸入端的該射頻電壓信號，並將該射頻電壓信號進行同相位轉換成一正相射頻電壓信號，且該同相放大器在該第一輸出端輸出該正相射頻電壓信號， 一第一電容器，具有一電連接該輸入端以接收該射頻電壓信號的第一端及一第二端，及 一反相放大器，電連接在該第二輸出端與該第一電容的該第二端之間，接收來自該第一電容的輸出，並將該第一電容的輸出進行相位轉換成一反相於該射頻電壓信號的反相射頻電壓信號，且該反相放大器在該第二輸出端輸出該反相射頻電壓信號； 一混頻電路，電連接該單端轉差動電路，及該增益放大電路的該等第一及第二輸出端，且用以接收一直流偏壓電壓、來自該單端轉差動電路的該差動振盪電壓信號，及接收分別來自該增益放大電路之該等第一及第二輸出端的該等正相及負相射頻電壓信號，該混頻電路根據該直流偏壓電壓、該差動振盪電壓信號及該等正相及負相射頻電壓信號，產生一差動中頻電壓信號；及 一信號放大電路，電連接該混頻電路並用以接收該直流偏壓電壓及來自該混頻電路之該差動中頻電壓信號，且將該差動中頻電壓信號放大以產生一差動輸出電壓信號。
  2. 如請求項1所述的降頻混頻器，其中，該同相放大器包括： 串聯連接在該第一輸出端與該輸入端之間的一第一電感型傳輸線、一第一電晶體與一第二電感型傳輸線，該等第一及第二電感型傳輸線分別電連接該第一輸出端及該輸入端，該第一電晶體電連接在該等第一及第二電感型傳輸線之間，並具有一用於接收一第一直流偏壓的控制端，以致該第一電晶體根據該第一直流偏壓而導通或不導通。
  3. 如請求項1所述的降頻混頻器，其中，該反相放大器包括： 串聯連接在該第二輸出端與地之間的一第三電感型傳輸線、一第二電晶體與一第四電感型傳輸線，該等第三及第四電感型傳輸線分別電連接至地及該第二輸出端，該第二電晶體電連接在該等第三及第四電感型傳輸線之間，並具有一電連接該第一電容的該第二端的控制端，以接收來自該第一電容的輸出；及 一第二電容器，並聯連接該第四電感型傳輸線。
  4. 如請求項3所述的降頻混頻器，其中，該增益放大電路更包括： 一第三電晶體，電連接在該輸入端與地之間，且具有一電連接該第二電晶體的該控制端的控制端，該等第二及第三電晶體的該等控制端更用於接收一第二直流偏壓，以致該等第二及第三電晶體根據該第二直流偏壓而導通或不導通。
  5. 如請求項1所述的降頻混頻器，其中，該增益放大電路更包括： 一隔離度提升器，電連接在該第一輸出端與該第二輸出端之間，用以使該增益放大電路中的所有寄生電容共振開路。
  6. 如請求項5所述的降頻混頻器，其中，該隔離度提升器包括： 一第五電感型傳輸線，電連接在該等第一及第二輸出端之間。
  7. 如請求項1所述的降頻混頻器，其中： 該差動振盪電壓信號係由一正相振盪電壓信號及一負相振盪電壓信號共同構成，且該單端轉差動電路具有一用於接收該振盪電壓信號的輸入端，以及分別用於輸出該等正相及負相振盪電壓信號的一第一輸出端及一第二輸出端；及 該差動中頻電壓信號係由一正相中頻電壓信號及一負相中頻電壓信號共同構成，且該混頻電路具有分別電連接該單端轉差動電路的該等第一與第二輸出端的一第一輸入端與一第二輸入端、分別電連接該增益放大電路的該等第一與第二輸出端的一第三輸入端與一第四輸入端，及分別用於輸出該等正相與負相中頻電壓信號的一第一輸出端與一第二輸出端。
  8. 如請求項7所述的降頻混頻器，其中，該混頻電路包括： 串聯連接在一供應該直流偏壓電壓的電壓源與該第三輸入端之間的一第一電阻器及一第一混頻電晶體，該第一混頻電晶體電連接在該第一電阻器與該第三輸入端之間，並具有一電連接該混頻電路的該第一輸入端以接收該正相振盪電壓信號的控制端，以致該第一混頻電晶體根據該正相振盪電壓信號導通或不導通； 串聯連接在該電壓源與該第四輸入端之間的一第二電阻器及一第二混頻電晶體，該第二混頻電晶體電連接在該第二電阻器與該第四輸入端之間，並具有一電連接該混頻電路的該第一輸入端以接收該正相振盪電壓信號的控制端，以致該第二混頻電晶體根據該正相振盪電壓信號導通或不導通； 一第三混頻電晶體，電連接在該混頻電路的該第三輸入端與該第二輸出端之間，並具有一電連接該混頻電路的該第二輸入端以接收該負相振盪電壓信號的控制端，以致該第三混頻電晶體根據該負相振盪電壓信號導通或不導通；及 一第四混頻電晶體，電連接在該混頻電路的該第四輸入端與該第一輸出端之間，並具有一電連接該混頻電路的該第二輸入端以接收該負相振盪電壓信號的控制端，以致該第四混頻電晶體根據該負相振盪電壓信號導通或不導通。
  9. 如請求項7所述的降頻混頻器，其中： 該差動輸出電壓信號係由一正相輸出電壓信號及一負相輸出電壓信號共同構成；及 該信號放大電路具有分別電連接該混頻電路的該等第一與第二輸出端以分別接收該等正相與負相中頻電壓信號的一第一輸入端與一第二輸入端，及分別用於輸出該等正相與負相輸出電壓信號的一第一輸出端與一第二輸出端，且該信號放大電路包括， 一第一信號放大單元，具有該信號放大電路的該等第一及第二輸入端，並用於分別將該等正相與負相中頻電壓信號放大以產生一由一正相調整電壓信號及一負相調整電壓信號所共同構成的差動調整電壓信號，及 一第二信號放大單元，具有該信號放大電路的該等第一及第二輸出端，且電連接該第一信號放大單元以接收來自該第一信號放大單元的該差動調整電壓信號，並用於分別將該等正相與負相調整電壓信號放大以產生該等正相與負相輸出電壓信號。
  10. 如請求項9所述的降頻混頻器，其中： 該第一信號放大單元包括 一電阻器，具有一第一端，及一接地的第二端， 串聯連接在一供應該直流偏壓電壓的電壓源與該電阻器之該第一端之間的一第一放大電晶體、一第二放大電晶體及一第三放大電晶體，該等第一及第三放大電晶體分別電連接該電壓源及該電阻器之該第一端，該第二放大電晶體電連接在該等第一及第三放大電晶體之間，該第一放大電晶體具有一接地的控制端，該等第二及第三放大電晶體中之每一者具有一電連接該信號放大電路的該第一輸入端以接收該正相中頻電壓信號的控制端，以致該等第二及第三放大電晶體中之每一者根據該正相中頻電壓信號而導通或不導通，且該第一信號放大單元於該等第一及第二放大電晶體之間的一第一共同接點輸出該正相調整電壓信號，及 串聯連接在該電壓源與該電阻器之該第一端之間的一第四放大電晶體、一第五放大電晶體及一第六放大電晶體，該等第四及第六放大電晶體分別電連接該電壓源及該電阻器之該第一端，該第五放大電晶體電連接在該等第四及第六放大電晶體之間，該第四放大電晶體具有一接地的控制端，該等第五及第六放大電晶體中之每一者具有一電連接該信號放大電路的該第二輸入端以接收該負相中頻電壓信號的控制端，以致該等第五及第六放大電晶體中之每一者根據該負相中頻電壓信號而導通或不導通，且該第一信號放大單元於該等第四及第五放大電晶體之間的一第二共同接點輸出該負相調整電壓信號；及 該第二信號放大單元包括 串聯連接在該電壓源與地之間的一第七放大電晶體、一第八放大電晶體及一第九放大電晶體，該第七放大電晶體電連接該電壓源以接收該直流偏壓電壓，且具有一電連接該第一共同接點以接收該正相調整電壓信號的控制端，以致該第七放大電晶體根據該正相調整電壓信號導通或不導通，該第九放大電晶體電連接至地，該第八放大電晶體電連接在該等第七及第九放大電晶體之間，該等第七及第八放大電晶體之間的一第三共同接點電連接該信號放大電路的該第一輸出端，該等第八及第九放大電晶體中之每一者具有一接收一第四直流偏壓的控制端，以致該等第八及第九放大電晶體中之每一者根據該第四直流偏壓而導通或不導通，及 串聯連接在該電壓源與地之間的一第十放大電晶體、一第十一放大電晶體及一第十二放大電晶體，該第十放大電晶體電連接該電壓源以接收該直流偏壓電壓，且具有一電連接該第二共同接點以接收該負相調整電壓信號的控制端，以致該第十放大電晶體根據該負相調整電壓信號導通或不導通，該第十二放大電晶體電連接至地，該第十一放大電晶體電連接在該等第十及第十二放大電晶體之間，該等第十及第十一放大電晶體之間的一第四共同接點電連接該信號放大電路的該第二輸出端，該等第十一及第十二放大電晶體中之每一者具有一接收該第四直流偏壓的控制端，以致該等第十一及第十二放大電晶體中之每一者根據該第四直流偏壓而導通或不導通。
  11. 如請求項1所述的降頻混頻器，其中，該單端轉差動電路為一一-底部金屬馬爾尚巴倫(1-Underneath Metal Merchand Balun)。
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