TWI780862B

TWI780862B - 降頻混頻器

Info

Publication number: TWI780862B
Application number: TW110130158A
Authority: TW
Inventors: 林佑昇; 藍楷翔
Original assignee: 國立暨南國際大學
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2022-10-11
Also published as: US11533021B1; TW202310558A

Abstract

一種降頻混頻器包含一根據一差動射頻電壓信號與一差動振盪電壓信號產生一差動混合電流信號的轉導混頻模組，及一負載模組。該負載模組將該差動混合電流信號轉換為一差動中頻電壓信號且包括：二電晶體，各自具有第一與第二端、一基極端、一接收一控制電壓的控制端，及一隨著該控制電壓的變化而改變的轉導值，該等電晶體的該等第二端相配合提供該差動中頻電壓信號；二電阻器，其各自電連接在該等電晶體中的一對應者的該第二端與該基極端間；及一電阻電感電路，其與該等電晶體相配合以接收該差動混合電流信號。

Description

降頻混頻器

本發明是有關於一種混頻器，特別是指一種轉換增益可調整的降頻混頻器。

參閱圖1，現有降頻混頻器包含一低雜訊放大電路11、二單端至差動轉換電路（Balun）12、13、一轉導電路14、一混頻電路15，及一緩衝電路16。

該低雜訊放大電路11將一射頻輸入信號進行放大，以產生一單端射頻電壓信號。該單端至差動轉換電路12將該單端射頻電壓信號轉換成一差動射頻電壓信號。該單端至差動轉換電路13將一單端振盪電壓信號轉換成一差動振盪電壓信號。該轉導電路14將該差動射頻電壓信號轉換成一流經其本身並流入地的差動射頻電流信號，該差動射頻電流信號包含一第一射頻電流信號I11及一第二射頻電流信號I12。該混頻電路15將該差動振盪電壓信號及該差動射頻電流信號進行混合，以產生一差動中頻電壓信號。該緩衝電路16將該差動中頻電壓信號進行緩衝，以產生一差動輸出電壓信號。

然而，在上述結構中，由於該降頻混頻器中的所有元件參數（即，電阻值、電容值、電感值、電晶體的轉導值等）都是定值且無法任意調整，因而導致該降頻混頻器之一轉換增益也無法任意調整。此外，該降頻混頻器具有低轉換增益及高雜訊指數（noise figure），且需要較大的電源電壓Vd1、Vd2（即，操作電壓較高，導致該降頻混頻器具有較高的功率損耗）。因此，現有降頻混頻器仍有改進的空間。

因此，本發明的目的，即在提供一種轉換增益可調整的降頻混頻器。

於是，本發明降頻混頻器包含一轉導混頻模組及一負載模組。

該轉導混頻模組接收一差動射頻電壓信號及一差動振盪電壓信號，並將該差動射頻電壓信號與該差動振盪電壓信號進行轉導與混和，以產生一包括一第一混合電流信號及一第二混合電流信號的差動混合電流信號。

該負載模組電連接該轉導混頻模組以接收該差動混合電流信號，並將該差動混合電流信號轉換為一差動中頻電壓信號。該負載模組包括第一及第二電晶體、第一及第二電阻器，及一電阻電感電路。

該等第一及第二電晶體各自具有一用以接收一參考電壓的第一端、一電連接該轉導混頻模組的第二端、一基極端、一用以接收一控制電壓的控制端，及一隨著該控制電壓的變化而改變的轉導值，該等第一及第二電晶體的該等第二端相配合以提供該差動中頻電壓信號。

該第一電阻器電連接在該第一電晶體的該第二端與該基極端間。該第二電阻器電連接在該第二電晶體的該第二端與該基極端間。

該電阻電感電路電連接在該等第一與第二電晶體的該等第二端間，該電阻電感電路與該第一電晶體相配合以接收來自該轉導混頻模組的該第一混合電流信號，該電阻電感電路與該第二電晶體相配合以接收來自該轉導混頻模組的該第二混合電流信號。

本發明的功效在於：藉由調整該控制電壓，使得該等第一及第二電晶體各自的該轉導值大小隨著該控制電壓的變化而改變，如此可調整並提升本實施例該降頻混頻器的轉換增益，並降低該降頻混頻器的雜訊指數。

在更詳細地描述本發明之前，需注意的是，在整個說明書中，每個電流信號可具有正值或負值，其中正值和負值指示電流信號的相反方向。舉例來說，當一組件接收一具有正值的電流信號時，該電流信號流入該組件；當該組件接收到一具有負值的電流信號時，該電流信號流出該組件。此外，需注意的是，在整個附圖中，每個電流信號的方向由一對應的箭頭示出。

參閱圖2至圖4，本發明降頻混頻器之一實施例包含一低雜訊放大電路2、第一與第二單端至差動轉換電路3、4、一轉導混頻模組5、一負載模組6，及一緩衝電路7。

該低雜訊放大電路2用以接收一射頻輸入信號Sri，並將該射頻輸入信號Sri進行放大，以產生一單端射頻電壓信號Sr。

該第一單端至差動轉換電路3電連接該低雜訊放大電路2以接收該單端射頻電壓信號Sr，並將該單端射頻電壓信號Sr轉換成一包括一第一射頻電壓信號Vr1與一第二射頻電壓信號Vr2的差動射頻電壓信號。

該第二單端至差動轉換電路4用以接收一單端振盪電壓信號Sos，並將該單端振盪電壓信號Sos轉換成一包括一第一振盪電壓信號Vos1與一第二振盪電壓信號Vos2的差動振盪電壓信號。

該轉導混頻模組5電連接該等第一及二單端至差動轉換電路3、4以分別接收該差動射頻電壓信號及該差動振盪電壓信號，並將該差動射頻電壓信號與該差動振盪電壓信號進行轉導（即，電壓至電流轉換）與混和，以產生一包括一第一混合電流信號I1及一第二混合電流信號I2的差動混合電流信號（例如，中頻）。

該負載模組6電連接該轉導混頻模組5以接收該差動混合電流信號，並將該差動混合電流信號轉換為一包括一第一中頻電壓信號Vi1與一第二中頻電壓信號Vi2的差動中頻電壓信號。

該緩衝電路7電連接該負載模組6以接收該差動中頻電壓信號，並將該差動中頻電壓信號進行緩衝，以產生一包括一第一輸出電壓信號Vo1與一第二輸出電壓信號Vo2的差動輸出電壓信號。

舉例來說，該單端射頻電壓信號Sr的頻率為94GHz，該單端振盪電壓信號Sos的頻率為93.9GHz，該差動輸出電壓信號的頻率為0.1GHz。

在此實施例中，如圖3所示，該低雜訊放大電路2包括第一至第三放大單元21、22、23。

該第一放大單元21用以接收該射頻輸入信號Sri，並將該射頻輸入信號Sri進行放大，以產生一第一放大信號As1。在本實施例中，該第一放大單元21包括一電感器210、一第三電晶體211、第一至第三電感型傳輸線212、213、214、第三與第四電阻器215、216，及三電容器217、218、219。

該電感器210具有一用以接收該射頻輸入信號Sri的第一端，及一用以接收一偏壓電壓Vb1的第二端。該第三電晶體211具有一第一端、一第二端、一基極端，及一電連接該電感器210之該第二端的控制端。該第一電感型傳輸線212電連接在該第三電晶體211之該第二端與地之間。該第二電感型傳輸線213具有一第一端，及一電連接該第三電晶體211之該第一端的第二端。該第三電感型傳輸線214具有一用以接收一參考電壓（即，一電源電壓VDD）的第一端，及一電連接該第二電感型傳輸線213之該第一端的第二端。該第三電阻器215電連接在該第三電晶體211的該第一端與該基極端之間。該第四電阻器216具有一電連接該第三電晶體211之該控制端的第一端，及一接收該偏壓電壓Vb1的第二端。該電容器217具有一電連接該第三電感型傳輸線214之該第二端的第一端，及一提供該第一放大信號As1的第二端。該電容器218電連接在該第三電感型傳輸線214的該第一端與地之間。該電容器219電連接在該第四電阻器216的該第二端與地之間。

該第二放大單元22電連接該第一放大單元21之該電容器217的該第二端以接收該第一放大信號As1，並將該第一放大信號As1進行放大，以產生一第二放大信號As2。在本實施例中，該第二放大單元22包括一電感型傳輸線221、第三與第四電晶體222、223、第三至第五電阻器224、225、226、二電容器227、228。

該電感型傳輸線221具有一電連接該電容器217的該第二端以接收該第一放大信號As1的第一端，及一用以接收一偏壓電壓Vb2的第二端。該第三電晶體222具有一提供該第二放大信號As2的第一端、一接地的第二端、一基極端，及一電連接該電感型傳輸線221之該第二端的控制端。該第三電阻器224電連接在該第三電晶體222的該第一端與該基極端之間。該電容器227具有一電連接該第三電晶體222之該第一端的第一端，及一第二端。該第四電晶體223具有一電連接該電容器227之該第二端的第一端、一接地的第二端、一基極端，及一接收一控制信號S1的控制端。該第四電阻器225電連接在該第四電晶體223的該第一端與該基極端之間。該第五電阻器226具有一電連接該第三電晶體222之該控制端的第一端，及一接收該偏壓電壓Vb2的第二端。該電容器228電連接在該第五電阻器226的該第二端與地之間。

該第三放大單元23電連接該第二放大單元22之該第三電晶體222的該第一端以接收該第二放大信號As2，並將該第二放大信號As2進行放大，以產生該單端射頻電壓信號Sr。在本實施例中，該第三放大單元23包括第一至第四電感型傳輸線230、231、232、233、第三與第四電晶體234、235、第三至第五電阻器236、237、238，及三電容器239、240、241。

該第一電感型傳輸線230具有一第一端，及一電連接該第三電晶體222的該第一端以接收該第二放大信號As2的第二端。該第三電晶體234具有一第一端、一電連接該第一電感型傳輸線230之該第一端的第二端、一基極端，及一控制端。該第二電感型傳輸線231具有一第一端，及一電連接該第三電晶體234之該控制端的第二端。該第三電感型傳輸線232具有一用以接收該電源電壓VDD的第一端，及一電連接該第三電晶體234之該第一端的第二端。該第四電感型傳輸線233具有一電連接該第三電感型傳輸線232之該第二端的第一端，及一提供該單端射頻電壓信號Sr的第二端。該第四電晶體235具有一電連接該第四電感型傳輸線233之該第一端的第一端、一電連接該第三電晶體234之該第二端的第二端、一基極端，及一接收一控制信號S2的控制端。該第三電阻器236電連接在該第三電晶體222的該第一端與該基極端之間。該第四電阻器237電連接在該第二電感型傳輸線231之該第一端與該第三電感型傳輸線232之該第二端之間。該第五電阻器238電連接在該第四電晶體235的該第一端與該基極端之間。該電容器239電連接在該第一電感型傳輸線230之該第二端與該第二電感型傳輸線231之該第一端之間。該電容器240電連接在該第一電感型傳輸線230之該第一端與地之間。該電容器241電連接在該第三電感型傳輸線232之該第一端與地之間。

需說明的是，在本實施例中，該第四電晶體223與該電容器227組成一數位開關，該第四電晶體235為一類比開關。該低雜訊放大電路2以該數位開關進行增益粗調，再用該類比開關進行增益微調。

進一步參閱圖4，該第一單端至差動轉換電路3包括一第一巴倫器31（例如，一馬爾尚巴倫(Marchand Balun)或一橢圓巴倫(Elliptical Balun)）及其他元件。該第一巴倫器31具有一用以接收該單端射頻電壓信號Sr的輸入端、一提供一相關於該第一射頻電壓信號Vr1之電壓信號的第一輸出端，及一提供一相關於該第二射頻電壓信號Vr2之電壓信號的第二輸出端。

如圖4所示，該第二單端至差動轉換電路4包括一第二巴倫器41（例如，一馬爾尚巴倫(Marchand Balun)或一橢圓巴倫(Elliptical Balun)）及其他元件。該第二巴倫器41具有一用以接收該單端振盪電壓信號Sos的輸入端、一提供一相關於該第一振盪電壓信號Vos1之電壓信號的第一輸出端，及一提供一相關於該第二振盪電壓信號Vos2之電壓信號的第二輸出端。

該轉導混頻模組5包括一轉導電路51及一混頻電路52。該轉導電路51電連接該第一單端至差動轉換電路3以接收該差動射頻電壓信號，並將該差動射頻電壓信號轉換成一包括一第一輸入電流信號Ir1及一第二輸入電流信號Ir2的差動輸入電流信號。該第一輸入電流信號Ir1與該第一射頻電壓信號Vr1同相位，該第二輸入電流信號Ir2與該第二射頻電壓信號Vr2同相位。該混頻電路52電連接該第二單端至差動轉換電路4與該轉導電路51，以分別接收該差動振盪電壓信號與該差動輸入電流信號，且將該差動振盪電壓信號與該差動輸入電流信號進行混和，以產生該差動混合電流信號。

在此實施例中，如圖4所示，該轉導電路51包括第一與第二轉導單元511、512，及一電感器513。

該第一轉導單元511電連接該第一單端至差動轉換電路3以接收該第一射頻電壓信號Vr1，且還電連接該混頻電路52。該第一轉導單元511將該第一射頻電壓信號Vr1轉換成該第一輸入電流信號Ir1。該第二轉導單元512電連接該第一單端至差動轉換電路3以接收該第二射頻電壓信號Vr2，且還電連接該混頻電路52。該第二轉導單元512將該第二射頻電壓信號Vr2轉換成該第二輸入電流信號Ir2。該第一電感器513用以接收該電源電壓VDD（即，參考電壓），且具有分別電連接該等第一與第二轉導單元511、512的第一端與第二端（即，電連接在該等第一與第二轉導單元511、512之間）。

在此實施例中，該等第一與第二轉導單元511、512中的每一者包括一電容器501、一轉導電晶體502、一第三電阻器503，及一第二電感器504。該電容器501具有一電連接該混頻電路52且提供由該混頻電路52所接收之該等第一與第二輸入電流信號Ir1、Ir2中之一對應者的第一端，及一電連接該第一電感器513之該等第一與第二端中之一對應者的第二端。該轉導電晶體502具有一電連接該電容器501之該第二端的第一端、一第二端、一基極端，及一接收該等第一與第二射頻電壓信號Vr1、Vr2中之一對應者的控制端。該第三電阻器503電連接在該轉導電晶體502的該第一端與該基極端之間。該第二電感器504電連接在該轉導電晶體502的該第二端與地之間。

在此實施例中，如圖4所示，該混頻電路52包括第一與第二節點N1、N2、第一至第四混頻電晶體521、522、523、524、第一至第四電感器525、526、527、528、第一與第二電感型傳輸線529、530，及第三電阻器至第六電阻器531、532、533、534。該等第一至第四混頻電晶體521~524各自具有一第一端、一第二端、一基極端，及一控制端。

該等第一與第二節點N1、N2分別電連接該轉導電路51之該等第一與第二轉導單元511、512的該等電容器501的該等第一端，以分別接收該等第一與第二輸入電流信號Ir1、Ir2。

該等第一與第三混頻電晶體521、523的該等第一端相電連接。該等第一與第四混頻電晶體521、524的該等控制端電連接該第二單端至差動轉換電路4以接收該第一振盪電壓信號Vos1。該等第三與第一混頻電晶體523、521相配合在該第一混頻電晶體521之該第一端提供該第一混合電流信號I1。該等第二與第四混頻電晶體522、524的該等第一端相電連接。該等第二與第三混頻電晶體522、523的該等控制端電連接該第二單端至差動轉換電路4以接收該第二振盪電壓信號Vos2。該等第四與第二混頻電晶體524、522相配合在該第二混頻電晶體522之該第一端提供該第二混合電流信號I2。

該第一電感器525電連接在該第一混頻電晶體521之該第二端與該第一節點N1之間。該第一電感型傳輸線529電連接在該第一節點N1與地之間。該第二電感器526電連接在該第二混頻電晶體522之該第二端與該第一節點N1之間。該第三電感器527電連接在該第三混頻電晶體523之該第二端與該第二節點N2之間。該第二電感型傳輸線530電連接在該第二節點N2與地之間。該第四電感器528電連接在該第四混頻電晶體524之該第二端與該第二節點N2之間。該等第三至第六電阻器531~534中的每一者電連接在該等第一至第四混頻電晶體521~524中的一對應者的該第一端與該基極端之間。

在此實施例中，參閱圖2，該負載模組6用以接收該電源電壓VDD（即，該參考電壓）且包括第一與第二電晶體61、62、第一至第四電阻器63、64、65、66、第一與第二電容器67、68，及一電阻電感電路69。

該等第一與第二電晶體61、62各自具有一用以接收該電源電壓VDD的第一端、一電連接該混頻電路52之該等第一與第二混頻電晶體521、522（見圖4）之該等第一端中的一對應者的第二端、一基極端、一用以接收一控制電壓Vc的控制端，及一隨著該控制電壓Vc的變化而改變的轉導值。該第一電晶體61的該第二端提供該第一中頻電壓信號Vi1，該第二電晶體62的該第二端提供該第二中頻電壓信號Vi2。該第一電阻器63電連接在該第一電晶體61的該第二端與該基極端間。該第二電阻器64電連接在該第二電晶體62的該第二端與該基極端間。該等第三與第四電阻器65、66各自具有一第一端及一第二端。該等第三與第四電阻器65、66的該等第一端彼此電連接並用以接收該控制電壓Vc。該等第三與第四電阻器65、66的該等第二端分別電連接該等第一與第二電晶體61、62的該等控制端。該第一電容器67電連接在該第一電晶體61的該控制端與該第二電晶體62的該第二端間。該第二電容器68電連接在該第二電晶體62的該控制端與該第一電晶體61的該第二端間。

該電阻電感電路69電連接在該等第一與第二電晶體61、62的該等第二端間，且包括第一與第二電感器691、692，及二可變電阻器693、694。

該第一電感器691具有一電連接該第一電晶體61的該第二端的第一端，及一第二端。該第二電感器692具有一第一端，及一電連接該第二電晶體62的該第二端的第二端。該等可變電阻器693、694串聯連接在該第一電感器691的該第二端與該第二電感器692的該第一端間。該第一電感器691與該第一電晶體61相配合以接收來自該混頻電路52的該第一混合電流信號I1。該第二電感器692與該第二電晶體62相配合以接收來自該混頻電路52的該第二混合電流信號I2。

在此實施例中，如圖4所示，該緩衝電路7包括第三至第六電晶體71、72、73、74，及第三與第四電阻器75、76。

該第三電晶體71具有一用以接收該電源電壓VDD的第一端、一提供該第一輸出電壓信號Vo1的第二端，及一電連接該負載模組6之該第一電晶體61的該第二端以接收該第一中頻電壓信號Vi1的控制端。該第四電晶體72具有一電連接該第三電晶體71之該第一端的第一端、一提供該第二輸出電壓信號Vo2的第二端，及一電連接該負載模組6之該第二電晶體62的該第二端以接收該第二中頻電壓信號Vi2的控制端。該第五電晶體73具有一電連接該第三電晶體71之該第二端的第一端、一第二端，及一用以接收一偏壓電壓Vb3的控制端。該第六電晶體74具有一電連接該第四電晶體72之該第二端的第一端、一第二端，及一電連接該第五電晶體73之該控制端的控制端。該第三電阻器75電連接在該第五電晶體73之該第二端與地之間。該第四電阻器76電連接在該第六電晶體74之該第二端與地之間。

需說明的是，在此實施例中，每一電晶體211、222、223、234、235、502、521~524、71~74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、源極及閘極分別為每一電晶體211、222、223、234、235、502、521~524、71~74的該第一端、該第二端及該控制端。每一電晶體61、62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、汲極及閘極分別為每一電晶體61、62的該第一端、該第二端及該控制端。

在低中頻角頻率（例如，0~0.1GHz）時，本實施例該轉導混頻模組5與該負載模組6之組合的一轉換增益(conversion gain，CG)可由下述式(1)獲得：

式(1) 其中，參數R _693,694是該等可變電阻器693、694中每一者的一電阻值，參數g _m61,62是該等第一與第二電晶體61、62中每一者的一轉導值，參數ω _IF是中頻角頻率，參數C _L是該等第一與第二電晶體61、62中每一者的汲極端的等效電容值，參數L _691,692是該等第一與第二電感器691、692中每一者的一電感值。

在此實施例中，由於每一可變電阻器693、694的該電阻值R _693,694為可變的，因此藉由增加每一可變電阻器693、694的該電阻值R _693,694，以增加該轉換增益CG，進而增加本實施例該降頻混頻器的一轉換增益並降低該降頻混頻器的一雜訊指數。此外，由於每一第一與第二電晶體61、62的該轉導值g _m61,62隨著該控制電壓Vc的變化而改變，因此藉由降低該控制電壓Vc可增加每一第一與第二電晶體61、62的該轉導值g _m61,62，使得該轉換增益CG的大小也跟著增加，進而增加本實施例該降頻混頻器的該轉換增益並降低該降頻混頻器的該雜訊指數。在本實施例中，藉由選取適當的該轉導值g _m61,62與該電阻值R _693,694（即，調整該轉換增益CG），使得

，如此可使低頻（即，ω _IF~0）的該轉換增益CG最大化。

參閱圖5與圖6，為該實施例之該低雜訊放大電路2的該第四電晶體223不導通（即，該數位開關不導通）時，該低雜訊放大電路2的增益對頻率的變化。該低雜訊放大電路2中，該第四電晶體235與該第三電晶體234是並聯關係。當該第四電晶體223不導通，該控制信號S2的電壓等於零（即，VS2=0）且該第四電晶體235不導通（開路狀態）時，相當於該第四電晶體235不存在，且不會影響該低雜訊放大電路2的增益。當該第四電晶體223不導通，該控制信號S2的電壓等於最大電壓（即，VS2=2V）且該第四電晶體235導通（短路狀態）時，此時，該低雜訊放大電路2的輸出端（即，該第四電感型傳輸線233的該第二端）相當於被短路，所以該低雜訊放大電路2的增益會大幅降低（如圖5所示）。圖5顯示當該控制信號S2的電壓越大，該第四電晶體235的導通電阻會越小，該低雜訊放大電路2的輸出端被短路的效果越好，以致該低雜訊放大電路2的增益越小。圖6為對應圖5之操作，說明該低雜訊放大電路2在不同的該控制信號S2下其雜訊指數對頻率的變化。從圖5與圖6可知，該低雜訊放大電路2具有高增益及低雜訊指數。以頻率20GHz為例，該低雜訊放大電路2之增益的調整範圍是5.5~22dB，對應的雜訊指數範圍是2.8~4.3dB。

參閱圖7，為該實施例之該低雜訊放大電路2的該第四電晶體223導通時，該低雜訊放大電路2的增益對頻率的變化。該數位開關（由該第四電晶體223與該電容器227所組成）與該第三電晶體222是並聯關係。當該控制信號S1的電壓等於零時（即，VS1=0），該第四電晶體223不導通（開路狀態），相當於該數位開關不存在，且不會影響該低雜訊放大電路2的增益。當該控制信號S1的電壓等於最大電壓（即，VS1=2V）且該第四電晶體223導通（短路狀態）時，此時，該第二放大單元22之輸出端（即，該第三電晶體222的該第一端）相當於與該電容器227並聯，該第二放大單元之22輸出端於操作頻率時相當於短路，以致該低雜訊放大電路2的增益會大幅降低（如圖7所示）。圖7顯示當該控制信號S1的電壓等於最大電壓，該第四電晶體223的導通電阻會接近零，該第二放大單元22之輸出端接近於被短路，以致該低雜訊放大電路2的增益被最小化。從圖7可知，當該第四電晶體223的導通（即該數位開關導通）的情形下，該低雜訊放大電路2的增益被抑制的相當好。以頻率20GHz為例，該低雜訊放大電路2之增益的調整範圍是-9.4~6.4dB。從圖5與圖7可知，整體而言，該低雜訊放大電路利用該數位開關進行增益粗調，再利用該類比開關進行增益微調，使得該低雜訊放大電路2之增益的調整範圍可達31.4dB（-9.4~22 dB），進而本實施例該降頻混頻器具有較大的轉換增益調整範圍。

參閱圖8，說明該低雜訊放大電路2的該第四電晶體223不導通時，本實施例該降頻混頻器之該低雜訊放大電路2用以接收該射頻輸入信號Sri的輸入端的一反射係數S ₁₁的結果相當好，該第四電晶體235的導通或不導通幾乎不影響該反射係數S ₁₁的特性。

參閱圖9，說明該低雜訊放大電路2的該等第四電晶體223、235不導通時，本實施例該降頻混頻器的轉換增益及雜訊指數各自對頻率的變化。以頻率28GHz為例，該降頻混頻器的轉換增益是37.5dB，對應的雜訊指數是3.3dB，本實施例該降頻混頻器具有高轉換增益及低雜訊指數。

綜上所述，上述本實施例具有以下優點：

1.由於本實施例該降頻混頻器的該轉換增益及該雜訊指數隨每一可變電阻器693、694之電阻值，及該控制電壓Vc的改變而變化，因此可藉由調整每一可變電阻器693、694之電阻值及該控制電壓Vc，以改變本實施例該降頻混頻器的該轉換增益及該雜訊指數，進而達到增加本實施例該降頻混頻器的該轉換增益及降低該雜訊指數之目的。

2.在本實施例中，每一電晶體211、222、223、234、235、502、521~524、61、62的基極端皆經由一具有大電阻（3~10kΩ）的電阻器（即，電阻器215、224、225、236、238、503、531~534、63、64）電連接至對應的汲極端，該電阻器可抑制對應的電晶體的基極-源極之間順偏時的一漏電流（即，body leakage current），使對應的電晶體的基源極間順偏時（基源極電壓VBS＞0），該漏電流接近零，且對應的電晶體的臨界電壓（Vth）降低，使得本實施例該降頻混頻器相較於現有降頻混頻器可在較低的該電源電壓VDD下（即，低操作電壓，因此本實施例該降頻混頻器具有較低的功率損耗），達到相同的增益，且無漏電流之問題。

3.從直流角度來分析，該等第一與第二電感型傳輸線529、530相當於短路，所以相關於該電源電壓VDD的電流先流經該等第一與第二電晶體61、62，再經該等第一至第四混頻電晶體521~524後，會經由該等第一與第二電感型傳輸線529、530傳輸至地。如此一來，由於該電源電壓VDD只需提供疊接（cascoded）的該等第一與第二電晶體61、62與該等第一至第四混頻電晶體521~524偏壓，且不需提供該等轉導電晶體502偏壓，因此該轉導混頻模組5與該負載模組6之組合僅需較低的該電源電壓VDD，如此可達到低操作電壓，進而本實施例該降頻混頻器具有低功率損耗。此外，該等電容器501使該等轉導電晶體502與該等第一至第四混頻電晶體521~524可獨立偏壓，該等轉導電晶體502所需的該電源電壓VDD是透過該第一電感器513提供，由於經由該第一電感器513提供的該電源電壓VDD只需提供該等轉導電晶體502偏壓，所以經由該第一電感器513提供的該電源電壓VDD較小，可達到低操作電壓，進而本實施例該降頻混頻器具有低功率損耗。

4.從射頻信號來分析，在本實施例之該低雜訊放大電路2中，該等第三電晶體211、222、234相當於三級共源級（common-source，CS）串接（cascaded）的放大器，因此該低雜訊放大電路2為一三級放大器，而在先前技術圖1中，電晶體M1為一共源級放大器，電晶體M2、M3為疊接（cascode）放大器，因此該低雜訊放大電路11為一二級放大器，也就是說，本實施例之該低雜訊放大電路2相較於該低雜訊放大電路11具有較高的增益。

5. 本實施例該降頻混頻器具有較佳（即，較低）的靈敏度（sensitivity）。在本實施例中，靈敏度的定義是指該降頻混頻器能夠正常運作時，該低雜訊放大電路2的最小輸入信號功率（即，該射頻輸入信號Sri的功率），且此最小輸入信號功率正相關於該降頻混頻器的該雜訊指數。由於在相同功率損耗下，本實施例該降頻混頻器具有較大轉換增益，使得本實施例該降頻混頻器相較於現有降頻混頻器具有較小的該雜訊指數，因此本實施例該降頻混頻器相較於現有降頻混頻器具有較佳（較低）的靈敏度。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2:低雜訊放大電路 21:第一放大單元 210:電感器 211:第三電晶體 212、213、214:第一至第三電感型傳輸線 215、216:第三與第四電阻器 217、218、219:電容器 22:第二放大單元 221:電感型傳輸線 222、223:第三與第四電晶體 224、225、226:第三至第五電阻器 227、228:電容器 23:第三放大單元 230、231、232、233:第一至第四電感型傳輸線 234、235:第三與第四電晶體 236、237、238:第三至第五電阻器 239、240、241:電容器 3:第一單端至差動轉換電路 31:第一巴倫器 4:第二單端至差動轉換電路 41:第二巴倫器 5:轉導混頻模組 51:轉導電路 501:電容器 502:轉導電晶體 503:第三電阻器 504:第二電感器 511、512:第一及第二轉導單元 513:第一電感器 52:混頻電路 521、522、523、524:第一至第四混頻電晶體 525、526、527、528:第一至第四電感器 529、530:第一及第二電感型傳輸線 531、532、533、534:第三至第六電阻器 6:負載模組 61、62:第一及第二電晶體 63、64、65、66:第一至第四電阻器 67、68:第一及第二電容器 69:電阻電感電路 691、692:第一與第二電感器 693、694:可變電阻器 7:緩衝電路 71、72、73、74:第三至第六電晶體 75、76:第三與第四電阻器 As1、 As2:第一及第二放大信號 I1、I2:第一及第二混合電流信號 Ir1、Ir2:第一及第二輸入電流信號 N1、N2:第一及第二節點 S ₁₁:反射係數 S1、S 2:控制信號 Sr:單端射頻電壓信號 Sri:射頻輸入信號 Sos:單端振盪電壓信號 Vb1、Vb2、Vb3:偏壓電壓 Vc:控制電壓 VDD:電源電壓 Vi1、Vi2:第一及第二中頻電壓信號 Vo1、Vo2:第一及第二輸出電壓信號 Vos1、Vos2:第一及第二振盪電壓信號 Vr1、Vr2:第一及第二射頻電壓信號 VS2:控制信號的電壓

本發明的其他的特徵及功效，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，說明現有降頻混頻器；圖2是一電路方塊圖，說明本發明降頻混頻器之一實施例；圖3是一電路圖，說明該實施例的一低雜訊放大電路；圖4是一電路方塊圖，說明該實施例的第一與第二單端至差動轉換電路、一轉導混頻模組，及一緩衝電路；圖5是一模擬圖，說明該實施例之該低雜訊放大電路的一數位開關不導通時，該低雜訊放大電路的增益對頻率的變化；圖6是一模擬圖，說明該實施例之該低雜訊放大電路的該數位開關不導通時，該低雜訊放大電路的雜訊指數對頻率的變化；圖7是一模擬圖，說明該實施例之該低雜訊放大電路的該數位開關導通時，該低雜訊放大電路的增益對頻率的變化；圖8是一模擬圖，說明該實施例之該低雜訊放大電路的該數位開關不導通時，該低雜訊放大電路的一反射係數對頻率的變化；及圖9是一模擬圖，說明該實施例的轉換增益及雜訊指數各自對頻率的變化。

2:低雜訊放大電路

3:第一單端至差動轉換電路

4:第二單端至差動轉換電路

5:轉導混頻模組

51:轉導電路

52:混頻電路

6:負載模組

61、62:第一及第二電晶體

63、64、65、66:第一至第四電阻器

67、68:第一及第二電容器

69:電阻電感電路

691、692:第一與第二電感器

693、694:可變電阻器

7:緩衝電路

I1、I2:第一及第二混合電流信號

Ir1、Ir2:第一及第二輸入電流信號

N1、N2:第一及第二節點

Sr:單端射頻電壓信號

Sri:射頻輸入信號

Sos:單端振盪電壓信號

Vc:控制電壓

VDD:電源電壓

Vi1、Vi2:第一及第二中頻電壓信號

Vo1、Vo2:第一及第二輸出電壓信號

Vos1、Vos2:第一及第二振盪電壓信號

Vr1、Vr2:第一及第二射頻電壓信號

Claims

一種降頻混頻器，包含：一轉導混頻模組，接收一差動射頻電壓信號及一差動振盪電壓信號，並將該差動射頻電壓信號與該差動振盪電壓信號進行轉導與混和，以產生一包括一第一混合電流信號及一第二混合電流信號的差動混合電流信號；及一負載模組，電連接該轉導混頻模組以接收該差動混合電流信號，並將該差動混合電流信號轉換為一差動中頻電壓信號，該負載模組包括一第一電晶體及一第二電晶體，其各自具有一用以接收一參考電壓的第一端、一電連接該轉導混頻模組的第二端、一基極端、一用以接收一控制電壓的控制端，及一隨著該控制電壓的變化而改變的轉導值，該等第一及第二電晶體的該等第二端相配合以提供該差動中頻電壓信號，一第一電阻器及一第二電阻器，該第一電阻器電連接在該第一電晶體的該第二端與該基極端間，該第二電阻器電連接在該第二電晶體的該第二端與該基極端間，及一電阻電感電路，電連接在該等第一與第二電晶體的該等第二端間，該電阻電感電路與該第一電晶體相配合以接收來自該轉導混頻模組的該第一混合電流信號，該電阻電感電路與該第二電晶體相配合以接收來自該轉導混頻模組的該第二混合電流信號，該電阻電感電路包括一第一電感器，具有一電連接該第一電晶體的該第二端的第一端，及一第二端，一第二電感器，具有一第一端，及一電連接該第二電晶體的該第二端的第二端，及二可變電阻器，該等可變電阻器串聯連接在該第一電感器的該第二端與該第二電感器的該第一端間，一第一電容器，電連接在該第一電晶體的該控制端與該第二電晶體的該第二端間，一第二電容器，電連接在該第二電晶體的該控制端與該第一電晶體的該第二端間，及一第三電阻器及一第四電阻器，其各自具有一第一端及一第二端，該等第三及第四電阻器的該等第一端彼此電連接並用以接收該控制電壓，該等第三及第四電阻器的該等第二端分別電連接該等第一與第二電晶體的該等控制端。
如請求項1所述的降頻混頻器，其中，該轉導混頻模組包括一轉導電路，接收該差動射頻電壓信號，並將該差動射頻電壓信號轉換成一差動輸入電流信號，及一混頻電路，接收該差動振盪電壓信號，且電連接該轉導電路及該負載模組之該等第一與第二電晶體的該等第二端，並接收來自該轉導電路之該差動輸入電流信號，且將該差動振盪電壓信號及該差動輸入電流信號進行混和，以產生該差動混合電流信號。
如請求項2所述的降頻混頻器，其中，該差動射頻電壓信號包括一第一射頻電壓信號及一第二射頻電壓信號，該差動輸入電流信號包括一第一輸入電流信號及一第二輸入電流信號，該第一射頻電壓信號與該第一輸入電流信號同相位，該第二射頻電壓信號與該第二輸入電流信號同相位，且該轉導電路包括，一第一轉導單元，接收該第一射頻電壓信號，且電連接該混頻電路，並將該第一射頻電壓信號轉換成該第一輸入電流信號，一第二轉導單元，接收該第二射頻電壓信號，且電連接該混頻電路，並將該第二射頻電壓信號轉換成該第二輸入電流信號，及一第一電感器，用以接收該參考電壓，且電連接在該等第一與第二轉導單元之間。
如請求項3所述的降頻混頻器，其中，該等第一與第二轉導單元中的每一者包括，一電容器，具有一電連接該混頻電路且提供由該混頻電路所接收之該等第一與第二輸入電流信號中之一對應者的第一端，及一電連接該第一電感器的第二端，一轉導電晶體，具有一電連接該電容器之該第二端的第一端、一第二端、一基極端，及一接收該等第一及第二射頻電壓信號中之一對應者的控制端，一第三電阻器，電連接在該轉導電晶體的該第一端與該基極端之間，及一第二電感器，電連接在該轉導電晶體的該第二端與地之間。
如請求項2所述的降頻混頻器，其中，該差動振盪電壓信號包括一第一振盪電壓信號及一第二振盪電壓信號，該差動輸入電流信號包括一第一輸入電流信號及一第二輸入電流信號，且該混頻電路包括，第一及第二節點，分別接收來自該轉導電路之該等第一及第二輸入電流信號，一第一混頻電晶體，具有一電連接該負載模組之該第一電晶體之該第二端的第一端、一第二端、一基極端，及一用以接收該第一振盪電壓信號的控制端，一第一電感器，電連接在該第一混頻電晶體之該第二端與該第一節點之間，一第一電感型傳輸線，電連接在該第一節點與地之間，一第二混頻電晶體，具有一電連接該負載模組之該第二電晶體之該第二端的第一端、一第二端、一基極端，及一用以接收該第二振盪電壓信號的控制端，一第二電感器，電連接在該第二混頻電晶體之該第二端與該第一節點之間，一第三混頻電晶體，具有一電連接該第一混頻電晶體之該第一端的第一端、一第二端、一基極端，及一電連接該第二混頻電晶體之該控制端的控制端，該第三混頻電晶體與該第一混頻電晶體相配合提供由該負載模組所接收之該第一混合電流信號，一第三電感器，電連接在該第三混頻電晶體之該第二端與該第二節點之間，一第二電感型傳輸線，電連接在該第二節點與地之間，一第四混頻電晶體，具有一電連接該第二混頻電晶體之該第一端的第一端、一第二端、一基極端，及一電連接該第一混頻電晶體之該控制端的控制端，該第四混頻電晶體與該第二混頻電晶體相配合提供由該負載模組所接收之該第二混合電流信號，一第四電感器，電連接在該第四混頻電晶體之該第二端與該第二節點之間，及一第三電阻器至一第六電阻器，該等第三至第六電阻器中的每一者電連接在該等第一至第四混頻電晶體中的一對應者的該第一端與該基極端之間。
如請求項1所述的降頻混頻器，還包含：一低雜訊放大電路，用以接收一射頻輸入信號，並將該射頻輸入信號進行放大，以產生一單端射頻電壓信號；及一第一單端至差動轉換電路，電連接在該低雜訊放大電路與該轉導混頻模組之間，接收來自該低雜訊放大電路的該單端射頻電壓信號，並將該單端射頻電壓信號轉換成該差動射頻電壓信號，且將該差動射頻電壓信號輸出至該轉導混頻模組。
如請求項6所述的降頻混頻器，其中，該低雜訊放大電路包括一第一放大單元，用以接收該射頻輸入信號，並將該射頻輸入信號進行放大，以產生一第一放大信號，一第二放大單元，電連接該第一放大單元以接收該第一放大信號，並將該第一放大信號進行放大，以產生一第二放大信號，及一第三放大單元，電連接該第二放大單元以接收該第二放大信號，並將該第二放大信號進行放大，以產生該單端射頻電壓信號。
如請求項7所述的降頻混頻器，其中，該第一放大單元包括一電感器，具有一用以接收該射頻輸入信號的第一端，及一用以接收一偏壓電壓的第二端，一第三電晶體，具有一第一端、一第二端、一基極端，及一電連接該電感器之該第二端的控制端，一第一電感型傳輸線，電連接在該第三電晶體之該第二端與地之間，一第三電阻器，電連接在該第三電晶體的該第一端與該基極端之間，一第二電感型傳輸線，具有一第一端，及一電連接該第三電晶體之該第一端的第二端，一第三電感型傳輸線，具有一用以接收該參考電壓的第一端，及一電連接該第二電感型傳輸線之該第一端的第二端，及一電容器，具有一電連接該第三電感型傳輸線之該第二端的第一端，及一提供該第一放大信號的第二端。
如請求項7所述的降頻混頻器，其中，該第二放大單元包括一電感型傳輸線，具有一電連接該第一放大單元以接收該第一放大信號的第一端，及一用以接收一偏壓電壓的第二端，一第三電晶體，具有一提供該第二放大信號的第一端、一接地的第二端、一基極端，及一電連接該電感型傳輸線之該第二端的控制端，一第三電阻器，電連接在該第三電晶體的該第一端與該基極端之間，一電容器，具有一電連接該第三電晶體之該第一端的第一端，及一第二端，一第四電晶體，具有一電連接該電容器之該第二端的第一端、一接地的第二端、一基極端，及一接收一控制信號的控制端，及一第四電阻器，電連接在該第四電晶體的該第一端與該基極端之間。
如請求項7所述的降頻混頻器，其中，該第三放大單元包括一第一電感型傳輸線，具有一第一端，及一電連接該第二放大單元以接收該第二放大信號的第二端，一第三電晶體，具有一第一端、一電連接該第一電感型傳輸線之該第一端的第二端、一基極端，及一控制端，一第三電阻器，電連接在該第三電晶體的該第一端與該基極端之間，一第二電感型傳輸線，具有一第一端，及一電連接該第三電晶體之該控制端的第二端，一電容器，電連接在該第一電感型傳輸線之該第二端與該第二電感型傳輸線之該第一端之間，一第三電感型傳輸線，具有一用以接收該參考電壓的第一端，及一電連接該第三電晶體之該第一端的第二端，一第四電阻器，電連接在該第二電感型傳輸線之該第一端與該第三電感型傳輸線之該第二端之間，一第四電感型傳輸線，具有一電連接該第三電感型傳輸線之該第二端的第一端，及一提供該單端射頻電壓信號的第二端，一第四電晶體，具有一電連接該第四電感型傳輸線之該第一端的第一端、一電連接該第三電晶體之該第二端的第二端、一基極端，及一接收一控制信號的控制端，及一第五電阻器，電連接在該第四電晶體的該第一端與該基極端之間。
如請求項1所述的降頻混頻器，還包含：一低雜訊放大電路，用以接收一射頻輸入信號，並將該射頻輸入信號進行放大，以產生一單端射頻電壓信號；一第一單端至差動轉換電路，電連接在該低雜訊放大電路與該轉導混頻模組之間，接收來自該低雜訊放大電路的該單端射頻電壓信號，並將該單端射頻電壓信號轉換成該差動射頻電壓信號，且將該差動射頻電壓信號輸出至該轉導混頻模組；及一第二單端至差動轉換電路，電連接該轉導混頻模組，且用以接收一單端振盪電壓信號，並將該單端振盪電壓信號轉換成該差動振盪電壓信號，且將該差動振盪電壓信號輸出至該轉導混頻模組。
如請求項1所述的降頻混頻器，還包含：一緩衝電路，電連接該負載模組以接收該差動中頻電壓信號，並將該差動中頻電壓信號進行緩衝，以產生一差動輸出電壓信號，該差動中頻電壓信號包括一第一中頻電壓信號及一第二中頻電壓信號，該差動輸出電壓信號包括一第一輸出電壓信號及一第二輸出電壓信號，且該緩衝電路包括一第三電晶體，具有一用以接收該參考電壓的第一端、一提供該第一輸出電壓信號的第二端，及一電連接該負載模組以接收該第一中頻電壓信號的控制端，一第四電晶體，具有一電連接該第三電晶體之該第一端的第一端、一提供該第二輸出電壓信號的第二端，及一電連接該負載模組以接收該第二中頻電壓信號的控制端，一第五電晶體，具有一電連接該第三電晶體之該第二端的第一端、一第二端，及一用以接收一偏壓電壓的控制端，一第六電晶體，具有一電連接該第四電晶體之該第二端的第一端、一第二端，及一電連接該第五電晶體之該控制端的控制端，一第三電阻器，電連接在該第五電晶體之該第二端與地之間，及一第四電阻器，電連接在該第六電晶體之該第二端與地之間。