TWI806057B

TWI806057B - 混頻電路

Info

Publication number: TWI806057B
Application number: TW110118858A
Authority: TW
Inventors: 顧博智; 陳則朋
Original assignee: 立積電子股份有限公司
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2023-06-21
Also published as: CN115395896A; TW202247593A; US11316475B1

Abstract

一種混頻電路，包括：混頻器、分壓電路以及放大器。混頻器接收第一輸入訊號、第二輸入訊號以及至少一組偏壓電壓，並產生輸出訊號，輸出訊號的頻率相關於第一輸入訊號的頻率及第二輸入訊號的頻率。分壓電路接收偏壓電壓並於輸出端產生共模訊號。放大器耦接至混頻器以接收輸出訊號，以及耦接至分壓電路的輸出端，用以抑制輸出訊號中的雜訊，並產生最終輸出訊號。

Description

混頻電路

本發明是有關於一種通訊技術，且特別是有關於一種混頻電路。

在無線通訊及雷達等通訊領域中，訊號需要進行升頻轉換或降頻轉換才易於進行傳播和處理。因此，混頻器便成為通訊系統中基本的元件。

然而，混頻器的輸出訊號可能包括其他不需要的直流干擾與交流干擾，這對於混頻器來說是一個相當大的設計問題。

本發明的雙平衡混頻器，包括：混頻器、分壓電路以及放大器。混頻器接收第一輸入訊號、第二輸入訊號以及至少一組偏壓電壓，並產生輸出訊號，輸出訊號的頻率相關於第一輸入訊號的頻率及第二輸入訊號的頻率。分壓電路接收至少一組偏壓電壓並於輸出端產生共模訊號。放大器具有第一輸入端耦接至混頻器以接收該輸出訊號，以及第二輸入端耦接至分壓電路的輸出端，抑制輸出訊號中的雜訊，並產生最終輸出訊號。

為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明提供一種使用低成本二極體的雙平衡混頻器，可藉由雙路徑偏壓二極體，在即便是使用較高導通電壓的二極體的情況下提高雙平衡混頻器的靈敏度。此外，本發明的雙平衡混頻器在輸出端電路可省略電容的設置，因而可減小雙平衡混頻器的面積，並且使得雙平衡混頻器可適用於多種電路架構，舉例而言，可適用於外差（heterodyne）架構或同差（homodyne）架構（亦被稱為零中頻（Zero IF）架構）。

圖1繪示本發明一實施例的雙平衡混頻器的方塊圖。請參照圖1，雙平衡混頻器100包括耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2以及線圈組TS1。二極體串電路DC1以及二極體串電路DC2耦接至耦合變壓器CT，且線圈組TS1耦接至二極體串電路DC1以及二極體串電路DC2。

在本發明實施例中，耦合變壓器CT接收輸入訊號LO，並產生至少一組電壓相位相反的訊號SS。二極體串電路DC1接收與至少一組電壓相位相反的訊號SS相關的電壓訊號V1及電壓訊號V2、和與輸入訊號RF相關的線圈端訊號RF+以產生輸出端訊號IF1，並根據第一組偏壓電壓產生節點電壓VN1。二極體串電路DC2接收與至少一組電壓相位相反的訊號SS相關的電壓訊號V3及電壓訊號V4、和與輸入訊號RF相關的線圈端訊號RF-以產生輸出端訊號IF2，並根據第二組偏壓電壓產生節點電壓VN2。線圈組TS1耦接至二極體串電路DC1以接收節點電壓VN1、耦接至二極體串電路DC2以接收節點電壓VN2。線圈組TS1根據輸入訊號RF產生線圈端訊號RF+與線圈端訊號RF-，並根據輸出端訊號IF1及IF2產生輸出訊號IF。線圈端訊號RF+及RF-彼此電壓相位相反。在一實施例中，輸入訊號LO、輸出訊號IF、訊號SS、電壓訊號V1、V2、V3及V4、輸入訊號RF、線圈端訊號RF+及RF可為交流訊號；第一組偏壓電壓、第二組偏壓電壓、節點電壓VN1及VN2可為直流電壓。第一組偏壓電壓與第二組偏壓電壓彼此可相同或不同。

值得注意的是，在一實施例中，節點電壓VN1等於節點電壓VN2，因此雙平衡混頻器100在輸出端電路（例如是線圈組TS1）可省略額外電容的設置來阻隔電壓，此可減小雙平衡混頻器100的面積，並且使得雙平衡混頻器100可適用於多種電路架構，特別也適用於同差（homodyne）架構（亦被稱為零中頻（Zero IF）架構）。

在一實施例中，輸出訊號IF的頻率相關於輸入訊號LO的頻率及輸入訊號RF的頻率。舉例來說，輸出訊號IF的頻率等於輸入訊號LO的頻率及輸入訊號RF的頻率兩者的差或和。

在一實施例中，雙平衡混頻器100還可選擇性地包括隔直電路CC（圖1中未繪示），隔直電路CC耦接於耦合變壓器CT與二極體串電路DC1及二極體串電路DC2之間，用以阻隔直流電，而讓交流電通過，以使二極體串電路DC1以及二極體串電路DC2工作在適當的偏壓狀態。具體而言，隔直電路CC接收至少一組電壓相位相反的訊號SS並產生電壓訊號V1、電壓訊號V2、電壓訊號V3及電壓訊號V4。

圖2繪示本發明第一實施例的雙平衡混頻器的電路圖。請參照圖2，圖2的雙平衡混頻器200可實施為圖1的雙平衡混頻器100，雙平衡混頻器200中各元件（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2、線圈組TS1以及隔直電路CC）的詳細電路結構在此進一步論述。

在本發明實施例中，耦合變壓器CT包括線圈組TS2。線圈組TS2接收輸入訊號LO並產生一組電壓相位相反的訊號SS。特別地，一組電壓相位相反的訊號SS包括正向訊號LO+及反向訊號LO-。

詳細來說，在一實施例中，線圈組TS2包括初級線圈H1及次級線圈H2。初級線圈H1的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H2的中心抽頭耦接至參考電壓。線圈組TS2根據初級線圈H1與次級線圈H2的匝數比產生正向訊號LO+及反向訊號LO-（即，在次級線圈H2的一端點處產生正向訊號LO+，另一端點處產生反向訊號LO-）。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

在本發明實施例中，二極體串電路DC1包括端點T1、端點T2以及節點N1。具體而言，端點T1接收高偏壓VBH1及與反向訊號LO-相關的電壓訊號V1，端點T2接收低偏壓VBL1及與正向訊號LO+相關的電壓訊號V2，且節點N1根據高偏壓VBH1及低偏壓VBL1產生節點電壓VN1。具體而言，二極體串電路DC1根據第一組偏壓電壓（高偏壓VBH1與低偏壓VBL1）產生節點電壓VN1，節點電壓VN1等於低偏壓VBL1與高偏壓VBH1的總和的一半。

在一實施例中，二極體串電路DC1更包括二極體D1以及二極體D2。二極體D1耦接於端點T1與節點N1之間，且二極體D1的陽極耦接至端點T1，二極體D1的陰極耦接至節點N1。二極體D2耦接於端點T2與節點N1之間，且二極體D2的陰極耦接至端點T2，二極體D2的陽極耦接至節點N1。也就是說，第一組偏壓電壓用來提供順向導通偏壓以導通二極體D1、D2。在一實施例中，二極體D1及二極體D2可以是矽二極體、多晶矽二極體，本發明並不加以限制。

在本發明實施例中，二極體串電路DC2包括端點T3、端點T4及節點N2。具體而言，端點T3接收高偏壓VBH2及與正向訊號LO+相關的電壓訊號V3，端點T4接收低偏壓VBL2及與反向訊號LO-相關的電壓訊號V4，且節點N2根據高偏壓VBH2及低偏壓VBL2產生節點電壓VN2。具體而言，二極體串電路DC2根據第二組偏壓電壓（高偏壓VBH2與低偏壓VBL2）產生節點電壓VN2，節點電壓VN2等於低偏壓VBL2與高偏壓VBH2的總和的一半。

在一實施例中，二極體串電路DC2更包括二極體D3及二極體D4。二極體D3耦接於端點T3與節點N2之間，且二極體D3的陽極耦接至端點T3，二極體D3的陰極耦接至節點N2。二極體D4耦接於端點T4與節點N2之間，且二極體D4的陰極耦接至端點T4，二極體D4的陽極耦接至節點N2。也就是說，第二組偏壓電壓用來提供順向導通偏壓以導通二極體D3、D4。在一實施例中，二極體D3及二極體D4可以是矽二極體、多晶矽二極體，本發明並不加以限制。

在此進一步說明如何產生與反向訊號LO-相關的電壓訊號V1及電壓訊號V4、與正向訊號LO+相關的電壓訊號V2及電壓訊號V3。在本發明實施例中，隔直器電路CC包括電容C1、電容C2、電容C3及電容C4。電容C1接收正向訊號LO+並產生電壓訊號V3，電容C2接收正向訊號LO+並產生電壓訊號V2，電容C3接收反向訊號LO-並產生電壓訊號V1，以及電容C4接收反向訊號LO-並產生電壓訊號V4。詳細來說，電容C1、電容C2、電容C3及電容C4用以阻隔直流電，而讓交流電通過。

在本發明實施例中，線圈組TS1包括初級線圈H3及次級線圈H4。初級線圈H3的一端點接收輸入訊號RF，另一端點接收參考電壓。次級線圈H4的一端點接收節點電壓VN1，另一端點接收節點電壓VN2。線圈組TS1根據於初級線圈H3輸入的輸入訊號RF在次級線圈H4的一端點產生線圈端訊號RF+，並在次級線圈H4的另一端點產生線圈端訊號RF-。線圈組TS1並根據輸出端訊號IF1及IF2在次級線圈H4的中心抽頭處產生輸出訊號IF。二極體串電路DC1在端點T1接收電壓訊號V1、在端點T2接收電壓訊號V2、以及在節點N1接收線圈端訊號RF+，以產生輸出端訊號IF1。二極體串電路DC2在端點T3接收電壓訊號V3、在端點T4接收電壓訊號V4、以及在節點N2接收線圈端訊號RF-，以產生輸出端訊號IF2。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

需特別注意，在一實施例中，高偏壓VBH1及低偏壓VBL1分別經由電感L1及電感L2輸入至二極體串電路DC1。在一實施例中，高偏壓VBH2及低偏壓VBL2分別經由電感L3及電感L4輸入至二極體串電路DC2。電感L1、電感L2、電感L3及電感L4用以阻隔交流電，而讓直流電通過。在一實施例中，低偏壓VBL1及低偏壓VBL2例如為接地位準，本發明並不加以限制。

在一實施例中，低偏壓VBL1等於低偏壓VBL2，高偏壓VBH1等於高偏壓VBH2。在一實施例中，低偏壓VBL1與高偏壓VBH1的總和相同於低偏壓VBL2與高偏壓VBH2的總和。也因此，節點電壓VN1等於節點電壓VN2，以使二極體串電路DC1、DC2工作在適當的狀態（例如是避免漏電流的發生、或是工作在對稱的導通電壓而減少雜訊的產生），從而使得雙平衡混頻器200在輸出端電路可省略電容的設置來阻隔電壓，此可減小雙平衡混頻器200的面積，並且使得雙平衡混頻器200可適用於多種電路架構。

圖3繪示本發明第二實施例的雙平衡混頻器的電路圖。請參照圖3，圖3的雙平衡混頻器300可實施為圖1的雙平衡混頻器100，雙平衡混頻器300中各元件（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2、線圈組TS1以及隔直電路CC）的詳細電路結構在此進一步論述。

然而，值得注意的是，圖3的二極體串電路DC2及線圈組TS1相同於圖2的二極體串電路DC2及線圈組TS1。因此，以下主要針對不同之處（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1以及隔直電路CC）進一步描述。

詳細來說，在一實施例中，線圈組TS2包括初級線圈H1及次級線圈H2。初級線圈H1的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H2的中心抽頭耦接至低偏壓VBL1。線圈組TS2根據初級線圈H1與次級線圈H2的匝數比產生正向訊號LO+及反向訊號LO-（即，在次級線圈H2的一端點處產生正向訊號LO+，另一端點處產生反向訊號LO-）。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

在本發明實施例中，二極體串電路DC1包括端點T1、端點T2及節點N1。端點T1接收高偏壓VBH1及與反向訊號LO-相關的電壓訊號V1，端點T2接收與正向訊號LO+相關的電壓訊號V2，且節點N1根據高偏壓VBH1及低偏壓VBL1產生節點電壓VN1。具體而言，電壓訊號V2為正向訊號LO+，二極體串電路DC1根據第一組偏壓電壓（高偏壓VBH1與低偏壓VBL1）產生節點電壓VN1，且節點電壓VN1等於低偏壓VBL1與高偏壓VBH1的總和的一半。

在一實施例中，二極體串電路DC1更包括二極體D1以及二極體D2。二極體D1耦接於端點T1與節點N1之間，且二極體D1的陽極耦接至端點T1，二極體D1的陰極耦接至節點N1。二極體D2耦接於端點T2與節點N1之間，且二極體D2的陰極耦接至端點T2，二極體D2的陽極耦接至節點N1。也就是說，第一組偏壓電壓用來提供順向導通偏壓以導通二極體D1、D2。

在此進一步說明如何產生與反向訊號LO-相關的電壓訊號V1及電壓訊號V4、與正向訊號LO+相關的電壓訊號V3。在本發明實施例中，隔直器電路CC包括電容C1、電容C3及電容C4。電容C1接收正向訊號LO+並產生電壓訊號V3，電容C3接收反向訊號LO-並產生電壓訊號V1，以及電容C4接收反向訊號LO-並產生電壓訊號V4。詳細來說，電容C1、電容C3及電容C4用以阻隔直流電，而讓交流電通過。

需特別注意，在一實施例中，高偏壓VBH1經由電感L1輸入至二極體串電路DC1，電感L1用以阻隔交流電，而讓直流電通過。

在一實施例中，低偏壓VBL1等於低偏壓VBL2，高偏壓VBH1等於高偏壓VBH2。在一實施例中，低偏壓VBL1與高偏壓VBH1的總和相同於低偏壓VBL2與高偏壓VBH2的總和。也因此，節點電壓VN1等於節點電壓VN2，從而使得雙平衡混頻器300在輸出端電路可省略電容的設置來阻隔電壓，此可減小雙平衡混頻器300的面積，並且使得雙平衡混頻器300可適用於多種電路架構。

圖4繪示本發明第三實施例的雙平衡混頻器的電路圖。請參照圖4，圖4的雙平衡混頻器400可實施為圖1的雙平衡混頻器100，雙平衡混頻器400中各元件（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2、線圈組TS1以及隔直電路CC）的詳細電路結構在此進一步論述。

然而，值得注意的是，圖4的二極體串電路DC1相同於圖3的二極體串電路DC1，圖4的線圈組TS1相同於圖2的線圈組TS1。因此，以下主要針對不同之處（耦合變壓器CT、二極體串電路DC2以及隔直電路CC）進一步描述。

詳細來說，在一實施例中，線圈組TS2包括初級線圈H1及次級線圈H2。初級線圈H1的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H2包括第一部線圈及第二部線圈，第一部線圈的一端點接收低偏壓VBL1，第二部線圈的一端點接收低偏壓VBL2。線圈組TS2根據初級線圈H1與次級線圈H2的第一部線圈及第二部線圈的匝數比產生正向訊號LO+及反向訊號LO-（即，在次級線圈H2的第一部線圈的另一端點處產生正向訊號LO+，在次級線圈H2的第二部線圈的另一端點處產生反向訊號LO-）。

在本發明實施例中，二極體串電路DC2包括端點T3、端點T4及節點N2。端點T3接收高偏壓VBH2及與正向訊號LO+相關的電壓訊號V3，端點T4接收與反向訊號LO-相關的電壓訊號V4，且節點N2根據高偏壓VBH2及低偏壓VBL2產生節點電壓VN2。具體而言，電壓訊號V4為反向訊號LO-，二極體串電路DC2根據第二組偏壓電壓（高偏壓VBH2與低偏壓VBL2）產生節點電壓VN2，且節點電壓VN2等於低偏壓VBL2與高偏壓VBH2的總和的一半。

在一實施例中，二極體串電路DC2更包括二極體D3及二極體D4。二極體D3耦接於端點T3與節點N2之間，且二極體D3的陽極耦接至端點T3，二極體D3的陰極耦接至節點N2。二極體D4耦接於端點T4與節點N2之間，且二極體D4的陰極耦接至端點T4，二極體D4的陽極耦接至節點N2。也就是說，第二組偏壓電壓用來提供順向導通偏壓以導通二極體D3、D4。

在此進一步說明如何產生與反向訊號LO-相關的電壓訊號V1、與正向訊號LO+相關的電壓訊號V3。在本發明實施例中，隔直器電路CC包括電容C1及電容C3。電容C1接收正向訊號LO+並產生電壓訊號V3，以及電容C3接收反向訊號LO-並產生電壓訊號V1。詳細來說，電容C1及電容C3用以阻隔直流電，而讓交流電通過。

需特別注意，在一實施例中，高偏壓VBH2經由電感L3輸入至二極體串電路DC2，電感L3用以阻隔交流電，而讓直流電通過。

在一實施例中，低偏壓VBL1等於低偏壓VBL2，高偏壓VBH1等於高偏壓VBH2。在一實施例中，低偏壓VBL1與高偏壓VBH1的總和相同於低偏壓VBL2與高偏壓VBH2的總和。也因此，節點電壓VN1等於節點電壓VN2，從而使得雙平衡混頻器400在輸出端電路可省略電容的設置來阻隔電壓，此可減小雙平衡混頻器400的面積，並且使得雙平衡混頻器400可適用於多種電路架構。

圖5繪示本發明第四實施例的雙平衡混頻器的電路圖。請參照圖5，圖5的雙平衡混頻器500可實施為圖1的雙平衡混頻器100，雙平衡混頻器500中各元件（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2、線圈組TS1以及隔直電路CC）的詳細電路結構在此進一步論述。

然而，值得注意的是，圖5的線圈組TS1相同於圖2的線圈組TS1。因此，以下主要針對不同之處（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2以及隔直電路CC）進一步描述。

在本發明實施例中，耦合變壓器CT包括線圈組TS2及線圈組TS3。線圈組TS2接收輸入訊號LO並產生一組電壓相位相反的訊號SS，一組電壓相位相反的訊號SS包括正向訊號LO+及反向訊號LO-。線圈組TS3接收輸入訊號LO並產生另一組電壓相位相反的訊號SS，另一組電壓相位相反的訊號SS包括正向訊號LO1+及反向訊號LO1-。

詳細來說，在一實施例中，線圈組TS2包括初級線圈H1及次級線圈H2。初級線圈H1的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H2的中心抽頭耦接至高偏壓VBH1。線圈組TS2根據初級線圈H1與次級線圈H2的匝數比產生正向訊號LO+及反向訊號LO-（即，在次級線圈H2的一端點處產生正向訊號LO+，另一端點處產生反向訊號LO-）。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

且，在一實施例中，線圈組TS3包括初級線圈H5及次級線圈H6。初級線圈H5的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H6的中心抽頭耦接至低偏壓VBL1。線圈組TS3根據初級線圈H5與次級線圈H6的匝數比產生正向訊號LO1+及反向訊號LO1-（即，在次級線圈H6的另一端點處產生正向訊號LO1+，另一端點處產生反向訊號LO1-）。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

在本發明實施例中，二極體串電路DC1包括端點T1、端點T2及節點N1。端點T1接收與反向訊號LO-相關的電壓訊號V1，端點T2接收與正向訊號LO1+相關的電壓訊號V2，且節點N1根據高偏壓VBH1及低偏壓VBL1產生節點電壓VN1。具體而言，電壓訊號V1為反向訊號LO-，電壓訊號V2為正向訊號LO1+，二極體串電路DC1根據第一組偏壓電壓（高偏壓VBH1與低偏壓VBL1）產生節點電壓VN1，且節點電壓VN1等於低偏壓VBL1與高偏壓VBH1的總和的一半。

在本發明實施例中，二極體串電路DC2包括端點T3、端點T4及節點N2。端點T3接收高偏壓VBH2及與正向訊號LO+相關的電壓訊號V3，端點T4接收低偏壓VBL2及與反向訊號LO1-相關的電壓訊號V4，且節點N2根據高偏壓VBH2及低偏壓VBL2產生節點電壓VN2。具體而言，二極體串電路DC2根據第二組偏壓電壓（高偏壓VBH2與低偏壓VBL2）產生節點電壓VN2，節點電壓VN2等於低偏壓VBL2與高偏壓VBH2的總和的一半。

在此進一步說明如何產生與正向訊號LO+相關的電壓訊號V3、與反向訊號LO1-相關的電壓訊號V4。在本發明實施例中，隔直器電路CC包括電容C1及電容C4。電容C1接收正向訊號LO+並產生電壓訊號V3，以及電容C4接收反向訊號LO1-並產生電壓訊號V4。詳細來說，電容C1及電容C4用以阻隔直流電，而讓交流電通過。

需特別注意，在一實施例中，高偏壓VBH2及低偏壓VBL2分別經由電感L3及電感L4輸入至二極體串電路DC2，電感L3及電感L4用以阻隔交流電，而讓直流電通過。在一實施例中，低偏壓VBL1及低偏壓VBL2例如為接地位準，本發明並不加以限制。

在一實施例中，低偏壓VBL1等於低偏壓VBL2，高偏壓VBH1等於高偏壓VBH2。在一實施例中，低偏壓VBL1與高偏壓VBH1的總和相同於低偏壓VBL2與高偏壓VBH2的總和。也因此，節點電壓VN1等於節點電壓VN2，從而使得雙平衡混頻器500在輸出端電路可省略電容的設置來阻隔電壓，此可減小雙平衡混頻器500的面積，並且使得雙平衡混頻器500可適用於多種電路架構。

圖6繪示本發明第五實施例的雙平衡混頻器的電路圖。請參照圖6，圖6的雙平衡混頻器600可實施為圖1的雙平衡混頻器100，雙平衡混頻器600中各元件（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2以及線圈組TS1）的詳細電路結構在此進一步論述。

然而，值得注意的是，圖6的線圈組TS1相同於圖2的線圈組TS1。因此，以下主要針對不同之處（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2）進一步描述。

詳細來說，在一實施例中，線圈組TS2包括初級線圈H1及次級線圈H2。初級線圈H1的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H2的中心抽頭耦接至高偏壓VBH。線圈組TS2根據初級線圈H1與次級線圈H2的匝數比產生正向訊號LO+及反向訊號LO-（即，在次級線圈H2的一端點處產生正向訊號LO+，另一端點處產生反向訊號LO-）。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

且，在一實施例中，線圈組TS3包括初級線圈H5及次級線圈H6。初級線圈H5的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H6的中心抽頭耦接至低偏壓VBL。線圈組TS3根據初級線圈H5與次級線圈H6的匝數比產生正向訊號LO1+及反向訊號LO1-（即，在次級線圈H6的一端點處產生正向訊號LO1+，另一端點處產生反向訊號LO1-）。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

在本發明實施例中，二極體串電路DC1包括端點T1、端點T2及節點N1。端點T1接收與反向訊號LO-相關的電壓訊號V1，端點T2接收與正向訊號LO1+相關的電壓訊號V2，且節點N1根據高偏壓VBH及低偏壓VBL產生節點電壓VN1。具體而言，電壓訊號V1為反向訊號LO-，電壓訊號V2為正向訊號LO1+，二極體串電路DC1根據第一組偏壓電壓（高偏壓VBH與低偏壓VBL）產生節點電壓VN1，且節點電壓VN1等於低偏壓VBL與高偏壓VBH的總和的一半。

在本發明實施例中，二極體串電路DC2包括端點T3、端點T4及節點N2。端點T3接收與正向訊號LO+相關的電壓訊號V3，端點T4接收與反向訊號LO1-相關的電壓訊號V4，且節點N2根據高偏壓VBH及低偏壓VBL產生節點電壓VN2。具體而言，電壓訊號V3為正向訊號LO+，電壓訊號V4為反向訊號LO1-，二極體串電路DC2根據第二組偏壓電壓（高偏壓VBH與低偏壓VBL）產生節點電壓VN2，且節點電壓VN2等於低偏壓VBL與高偏壓VBH的總和的一半。

基於圖6的雙平衡混頻器600的電路架構，由於節點電壓VN1等於節點電壓VN2，因此雙平衡混頻器600在輸出端電路可省略電容的設置來阻隔電壓，因而可減小雙平衡混頻器600的面積，並且使得雙平衡混頻器600可適用於多種電路架構。

圖7繪示本發明第六實施例的雙平衡混頻器的電路圖。請參照圖7，圖的雙平衡混頻器700可實施為圖1的雙平衡混頻器100，雙平衡混頻器700中各元件（耦合變壓器CT、二極體串電路DC1、二極體串電路DC2以及線圈組TS1）的詳細電路結構在此進一步論述。

然而，值得注意的是，圖7的二極體串電路DC1及二極體串電路DC2相同於圖6的二極體串電路DC1及二極體串電路DC2，且圖7的線圈組TS1相同於圖2的線圈組TS1。因此，以下主要針對不同之處（耦合變壓器CT）進一步描述。

在本發明實施例中，耦合變壓器CT包括線圈組TS2。線圈組TS2接收輸入訊號LO並產生一組電壓相位相反的訊號SS及另一組電壓相位相反的訊號SS。特別地，一組電壓相位相反的訊號SS包括正向訊號LO+及反向訊號LO-，另一組電壓相位相反的訊號SS包括正向訊號LO1+及反向訊號LO1-。

詳細來說，在一實施例中，線圈組TS2包括初級線圈H1、次級線圈H2及次級線圈H7。初級線圈H1的一端點接收輸入訊號LO，另一端點耦接至參考電壓。次級線圈H2的中心抽頭耦接至高偏壓VBH，次級線圈H7的中心抽頭耦接至低偏壓VBL。線圈組TS2根據初級線圈H1與次級線圈H2及次級線圈H7的匝數比產生正向訊號LO+、反向訊號LO-、正向訊號LO1+及反向訊號LO1-（即，在次級線圈H2的一端點處產生正向訊號LO+，另一端點處產生反向訊號LO-；在次級線圈H7的一端點處產生正向訊號LO1+，另一端點處產生反向訊號LO1-）。在一實施例中，參考電壓例如為接地位準，本發明並不加以限制。

基於圖7的雙平衡混頻器700的電路架構，由於節點電壓VN1等於節點電壓VN2，因此雙平衡混頻器700在輸出端電路可省略電容的設置來阻隔電壓，因而可減小雙平衡混頻器700的面積，並且使得雙平衡混頻器700可適用於多種電路架構。

值得一提，在一些情況下，雙平衡混頻器的輸出訊號IF可能不僅包括與頻率相關的輸出電壓Vif，還可能包括其他不需要的直流干擾與交流干擾，例如是包括來自於複數個偏壓所產生的直流共模電壓Vcm以及由來自於複數個偏壓所產生的交流雜訊電壓Vnoise，這對於施加偏壓的雙平衡混頻器來說是一個相當大的設計問題。因此，以下進一步針對上述問題提出改善方案。

圖8繪示本發明第一實施例的具有雜訊抑制功能的混頻電路的電路圖。請參照圖8，圖8的電路800包括混頻器（例如是雙平衡混頻器DBM）、分壓電路DC以及放大器Amp。在一實施例中，雙平衡混頻器DBM可為包括圖2及圖7的雙平衡混頻器200至700中的任一者、或是其他使用至少一組偏壓電壓的雙平衡混頻器。在本發明實施例中，雙平衡混頻器200至700中的任一者及分壓電路DC耦接至放大器Amp。

在本發明實施例中，雙平衡混頻器200至700中的任一者接收至少一組偏壓電壓，例如是高偏壓VBH及低偏壓VBL。詳細來說，在一實施例中，高偏壓VBH及低偏壓VBL提供第一導通偏壓至二極體串電路DC1以及提供第二導通偏壓至二極體串電路DC2。在雙平衡混頻器接收第一組偏壓電壓與第二組偏壓電壓的實施例中，第一組偏壓電壓與第二組偏壓電壓彼此可為相同，也就是高偏壓VBH等於高偏壓VBH1與高偏壓VBH2，及低偏壓VBL等於低偏壓VBL1與低偏壓VBL2。換而言之，雙平衡混頻器所接收的高偏壓VBH1與高偏壓VBH2可由高偏壓VBH所提供，雙平衡混頻器所接收的低偏壓VBL1與低偏壓VBL2可由低偏壓VBL所提供。

在本發明實施例中，分壓電路DC接收前述至少一組偏壓電壓，例如是高偏壓VBH及低偏壓VBL，並於輸出端產生共模訊號CS。特別地，共模訊號CS包括共模電壓Vcm及雜訊電壓Vnoise，以用來抑制輸出訊號IF中的共模電壓Vcm及雜訊電壓Vnoise。

具體來說，在一實施例中，分壓電路DC包括電阻R1及電阻R2。電阻R2串聯耦接至電阻R1，電阻R1的一端點接收高偏壓VBH，電阻R2的一端點接收低偏壓VBL，電阻R1的另一端點及電阻R2的另一端點耦接至分壓電路DC的輸出端，以在分壓電路DC的輸出端處產生共模訊號CS。

在本發明實施例中，放大器Amp具有輸入端IN+及輸入端IN-，輸入端IN+耦接至線圈組TS1的輸出端以接收輸出訊號IF，輸入端IN-耦接分壓電路DC的輸出端以接收共模訊號CS，並於輸出端OUT產生最終輸出訊號FS。

詳細而言，在一實施例中，放大器Amp將輸入端IN+接收的輸出訊號IF與輸入端IN-接收的共模訊號CS的電壓差（Vif）乘以Av倍，以放大雜訊被抑制後的輸出訊號IF（即為最終輸出訊號FS）。在一實施例中，放大器Amp例如是中頻放大器，本發明並不加以限制。

圖9繪示本發明第二實施例的具有雜訊抑制功能的混頻電路的電路圖。請參照圖9，圖9的電路900類似於圖8的電路800，兩者不同之處在於雙平衡混頻器200至700中的任一者、或是其他使用至少一組偏壓電壓的雙平衡混頻器所接收的偏壓數量以及分壓電路DC的電路結構，因此以下僅針對上述差異進行描述。

在本發明實施例中，雙平衡混頻器200至700中的任一者接收至少一組偏壓電壓，例如是兩組偏壓電壓，其包括高偏壓VBH1、高偏壓VBH2、低偏壓VBL1及低偏壓VBL2。詳細來說，在一實施例中，高偏壓VBH1及低偏壓VBL1提供第一導通偏壓至二極體串電路DC1，高偏壓VBH2及低偏壓VBL2提供第二導通偏壓至二極體串電路DC2。

在本發明實施例中，分壓電路DC接收高偏壓VBH1、高偏壓VBH2、低偏壓VBL1及低偏壓VBL2並於輸出端產生共模訊號CS。特別地，共模訊號CS包括共模電壓Vcm及雜訊電壓Vnoise，以用來抑制輸出訊號IF中的共模電壓Vcm及雜訊電壓Vnoise。

具體來說，在一實施例中，分壓電路DC包括電阻R1、電阻R2、電阻R3及電阻R4。電阻R2串聯耦接至電阻R1，電阻R4串聯耦接至電阻R3。電阻R1的一端點接收高偏壓VBH1，電阻R2的一端點接收低偏壓VBL1，電阻R3的一端點接收高偏壓VBH2，電阻R4的一端點接收低偏壓VBL2，電阻R1的另一端點、電阻R2的另一端點、電阻R3的另一端點及電阻R4的另一端點耦接至分壓電路DC的輸出端，以在分壓電路DC的輸出端處產生共模訊號CS。

此外，還需特別注意的是，在一些情況下，混頻器（例如是雙平衡混頻器）的輸出訊號IF可能不僅包括上述的輸出電壓Vif、共模電壓Vcm以及雜訊電壓Vnoise，還可能包括由於自輸入訊號LO端口到輸入訊號RF端口的饋通（有限的RF/LO隔離）而產生的直流偏置電壓Vos。直流偏置電壓Vos通過放大器Amp放大會導致動態範圍降低，因此以下進一步針對上述問題提出改善方案。

圖10繪示本發明第三實施例的具有雜訊抑制功能的混頻電路的電路圖。請參照圖10，圖10的電路1000類似於圖8的電路800，兩者不同之處在於電路1000還包括交流阻抗元件（電阻R）及直流阻抗元件（電容C），因此以下僅針對上述差異進一步描述。特別地，在一實施例中，交流阻抗元件也可以是電感，本發明並不加以限制。

在本發明實施例中，電阻R的一端點耦接至雙平衡混頻器200至700中的任一者的輸出端以接收輸出訊號IF，電容C的一端點耦接至分壓電路DC的輸出端以接收共模訊號CS，電容C的另一端點及電阻R的另一端點共同耦接至放大器Amp的輸入端IN-，以在放大器Amp的輸入端IN-處產生共模訊號CS’。

具體而言，在一實施例中，電阻R將輸出訊號IF的直流偏置電壓Vos濾出並將直流偏置電壓Vos輸入至放大器Amp的輸入端IN-，以消除輸出訊號IF中的直流偏置電壓Vos。在一實施例中，電容C將共模訊號CS（共模電壓Vcm及雜訊電壓Vnoise）輸入至放大器Amp的輸入端IN-，以消除輸出訊號IF中的共模電壓Vcm及雜訊電壓Vnoise。

綜上所述，本發明實施例所提供的雙平衡混頻器藉由雙路徑偏壓二極體，在即便是使用較高導通電壓的二極體的情況下提高雙平衡混頻器的靈敏度，並且在輸出端電路可省略電容的設置，因而可減小雙平衡混頻器的面積，並使得雙平衡混頻器可適用於多種電路架構。此外，本發明實施例所提供的混頻電路，其混頻器（例如是前述的雙平衡混頻器）還耦接至分壓電路以及放大器，放大器利用分壓電路的共模訊號來抑制混頻器的輸出訊號中的雜訊。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400、500、600、700、DBM:雙平衡混頻器 800、900、1000:混頻電路 Amp:放大器 Av:倍數 C、C1、C2、C3、C4:第一電容 CC:隔直器電路 CS、CS’:共模訊號 CT:耦合變壓器 D1、D2、D3、D4:二極體 DC:分壓電路 DC1、DC2:二極體串電路 FS:最終輸出訊號 H1、H3、H5:初級線圈 H2、H4、H6、H7:次級線圈 IF:輸出訊號 IF1、IF2:輸出端訊號 IN+、IN-:輸入端 L1、L2、L3、L4:電感 LO、RF:輸入訊號 RF+、RF-:線圈端訊號LO+、LO1+:正向訊號 LO-、LO1-:反向訊號 N1、N2:節點 OUT:輸出端 R、R1、R2、R3、R4:電阻 SS:一組電壓相位相反的訊號 T1、T2、T3、T4:端點 TS1、TS2、TS3:線圈組 V1、V2、V3、V4:電壓訊號 VBH、VBH1、VBH2:高偏壓 VBL、VBL1、VBL2:低偏壓 Vcm:共模電壓 Vif:輸出電壓 VN1、VN2:節點電壓 Vnoise:雜訊電壓 Vos:直流偏置電壓

圖1繪示本發明一實施例的雙平衡混頻器的方塊圖。圖2繪示本發明第一實施例的雙平衡混頻器的電路圖。圖3繪示本發明第二實施例的雙平衡混頻器的電路圖。圖4繪示本發明第三實施例的雙平衡混頻器的電路圖。圖5繪示本發明第四實施例的雙平衡混頻器的電路圖。圖6繪示本發明第五實施例的雙平衡混頻器的電路圖。圖7繪示本發明第六實施例的雙平衡混頻器的電路圖。圖8繪示本發明第一實施例的具有雜訊抑制功能的混頻電路的電路圖。圖9繪示本發明第二實施例的具有雜訊抑制功能的混頻電路的電路圖。圖10繪示本發明第三實施例的具有雜訊抑制功能的混頻電路的電路圖。

800:混頻電路

Amp:放大器

Av:倍數

CS:共模訊號

DBM:雙平衡混頻器

DC:分壓電路

FS:最終輸出訊號

IF:輸出訊號

IN+、IN-:輸入端

LO、RF:輸入訊號

OUT:輸出端

R1、R2:電阻

VBH:高偏壓

VBL:低偏壓

Vcm:共模電壓

Vif:輸出電壓

Vnoise:雜訊電壓

Claims

一種混頻電路，包括：一混頻器，用以接收一第一輸入訊號、一第二輸入訊號以及至少一組偏壓電壓，並產生一輸出訊號，其中該輸出訊號的頻率相關於該第一輸入訊號的頻率及該第二輸入訊號的頻率；一分壓電路，用以接收該至少一組偏壓電壓並於一輸出端產生一共模訊號；以及一放大器，具有一第一輸入端耦接至該混頻器以接收該輸出訊號，以及一第二輸入端耦接至該分壓電路的該輸出端，用以抑制該輸出訊號中的雜訊，並產生一最終輸出訊號，其中該雜訊來自該至少一組偏壓電壓。
如請求項1所述的混頻電路，該至少一組偏壓電壓包括一高偏壓及一低偏壓。
如請求項2所述的混頻電路，其中該分壓電路包括：一第一電阻；以及一第二電阻，串聯耦接至該第一電阻，其中該第一電阻的一端接收該高偏壓，該第二電阻的一端接收該低偏壓，該第一電阻的另一端及該第二電阻的另一端耦接至該分壓電路的該輸出端。
如請求項2所述的混頻電路，其中該混頻器包括一第一二極體串電路與一第二二極體串電路，且該高偏壓及該低偏壓用以提供該第一二極體串電路一第一導通偏壓以及該第二二極體串電路一第二導通偏壓。
如請求項1所述的混頻電路，還包括：一交流阻抗元件，其一端接收該輸出訊號；以及一直流阻抗元件，其一端耦接至該分壓電路的該輸出端，其另一端耦接至該交流阻抗元件的另一端及該放大器的該第二輸入端。
如請求項1所述的混頻電路，該至少一組偏壓電壓包括一第一組偏壓電壓與一第二組偏壓電壓，該第一組偏壓電壓更包括一第一高偏壓及一第一低偏壓，該第二組偏壓電壓更包括一第二高偏壓及一第二低偏壓。
如請求項6所述的混頻電路，其中該分壓電路包括：一第一電阻；一第二電阻，串聯耦接至該第一電阻；一第三電阻；以及一第四電阻，串聯耦接至該第三電阻，其中該第一電阻的一端接收該第一高偏壓，該第二電阻的一端接收該第一低偏壓，該第三電阻的一端接收一第二高偏壓，該第四電阻的一端接收一第二低偏壓，該第一電阻的另一端、該第二電阻的另一端、該第三電阻的另一端及該第四電阻的另一端耦接至該分壓電路的該輸出端。
如請求項6所述的混頻電路，其中該混頻器包括一第一二極體串電路與一第二二極體串電路，且該第一高偏壓、該第二高偏壓、該第一低偏壓及該第二低偏壓用以提供該第一二極體串電路一第一導通偏壓以及該第二二極體串電路一第二導通偏壓。
如請求項1所述的混頻電路，其中該混頻器包括一雙平衡混頻器。
如請求項9所述的混頻電路，其中該雙平衡混頻器還包括：一耦合變壓器，用以接收該第一輸入訊號，並產生至少一組電壓相位相反的訊號；一第一二極體串電路，耦接至該耦合變壓器，用以接收與該至少一組電壓相位相反的訊號相關的一第一電壓訊號及一第二電壓訊號、和與該第二輸入訊號相關的一第一線圈端訊號以產生一第一輸出端訊號，並根據一第一組偏壓電壓產生一第一節點電壓；一第二二極體串電路，耦接至該耦合變壓器，用以接收與該至少一組電壓相位相反的訊號相關的一第三電壓訊號及一第四電壓訊號、和與該第二輸入訊號相關的一第二線圈端訊號以產生一第二輸出端訊號，並根據一第二組偏壓電壓產生一第二節點電壓；以及一第一線圈組，耦接至該第一二極體串電路以接收該第一節點電壓以及耦接至該第二二極體串電路以接收該第二節點電壓，用以根據該第二輸入訊號產生該第一線圈端訊號與該第二線圈端訊號，並根據該第一輸出端訊號與該第二輸出端訊號產生該輸出訊號，其中，該第一節點電壓等於該第二節點電壓，且該至少一組偏壓電壓包括該第一組偏壓電壓與該第二組偏壓電壓。
如請求項10所述的混頻電路，其中該雙平衡混頻器還包括：隔直電路，耦接於該耦合變壓器與該第一二極體串電路及該第二二極體串電路之間，用以接收該至少一組電壓相位相反的訊號並產生該第一電壓訊號、該第二電壓訊號、該第三電壓訊號及該第四電壓訊號。
如請求項11所述的混頻電路，其中該耦合變壓器包括：一第二線圈組，用以接收該第一輸入訊號並產生該至少一組電壓相位相反的訊號，該至少一組電壓相位相反的訊號包括一第一正向訊號及一第一反向訊號。
如請求項12所述的混頻電路，其中該第二線圈組包括：一第一初級線圈，其一端點接收該第一輸入訊號，另一端點耦接至一參考電壓；以及一第一次級線圈，其中心抽頭耦接至該參考電壓或一第一低偏壓，其中該第二線圈組根據該第一初級線圈與該第一次級線圈產生該第一正向訊號及該第一反向訊號。
如請求項12所述的混頻電路，其中該第二線圈組包括：一第一初級線圈，其一端點接收該第一輸入訊號，另一端點耦接至一參考電壓；以及一第一次級線圈，包括一第一部線圈及一第二部線圈，該第一部線圈的一端點接收一第一低偏壓，該第二部線圈的一端點接收一第二低偏壓，其中該第二線圈組根據該第一初級線圈與該第一次級線圈的該第一部線圈及該第二部線圈產生該第一正向訊號及該第一反向訊號。
如請求項11所述的混頻電路，其中該耦合變壓器包括：一第二線圈組，用以接收該第一輸入訊號並產生第一組電壓相位相反的訊號，該第一組電壓相位相反的訊號包括一第一正向訊號及一第一反向訊號；以及一第三線圈組，用以接收該第一輸入訊號並產生第二組電壓相位相反的訊號，該第二組電壓相位相反的訊號包括一第二正向訊號及一第二反向訊號。
如請求項15所述的混頻電路，其中該第二線圈組包括：一第一初級線圈，其一端點接收該第一輸入訊號，另一端點耦接至一參考電壓；以及一第一次級線圈，其中心抽頭耦接至一第一高偏壓，其中該第二線圈組根據該第一初級線圈與該第一次級線圈產生該第一正向訊號及該第一反向訊號，該第三線圈組包括：一第二初級線圈，其一端點接收該第一輸入訊號，另一端點耦接至該參考電壓；以及一第二次級線圈，其中心抽頭耦接至一第一低偏壓，其中該第三線圈組根據該第二初級線圈與該第二次級線圈產生該第二正向訊號及該第二反向訊號。
如請求項10所述的混頻電路，其中該耦合變壓器包括：一第二線圈組，用以接收該第一輸入訊號並產生第一組電壓相位相反的訊號，該第一組電壓相位相反的訊號包括一第一正向訊號及一第一反向訊號；以及一第三線圈組，用以接收該第一輸入訊號並產生第二組電壓相位相反的訊號，該第二組電壓相位相反的訊號包括一第二正向訊號及一第二反向訊號。
如請求項17所述的混頻電路，其中該第二線圈組包括：一第一初級線圈，其一端點接收該第一輸入訊號，另一端點耦接至一參考電壓；以及一第一次級線圈，其中心抽頭耦接至一高偏壓，其中該第二線圈組根據該第一初級線圈與該第一次級線圈產生該第一正向訊號及該第一反向訊號，該第三線圈組包括：一第二初級線圈，其一端點接收該第一輸入訊號，另一端點耦接至該參考電壓；以及一第二次級線圈，其中心抽頭耦接至一低偏壓，其中該第三線圈組根據該第二初級線圈與該第二次級線圈產生該第二正向訊號及該第二反向訊號。
如請求項10所述的混頻電路，其中該耦合變壓器包括：一第二線圈組，用以接收該第一輸入訊號並產生第一組電壓相位相反的訊號及第二組電壓相位相反的訊號，該第一組電壓相位相反的訊號包括一第一正向訊號及一第一反向訊號，該第二組電壓相位相反的訊號包括一第二正向訊號及一第二反向訊號。
如請求項10所述的混頻電路，其中該第一線圈組包括：一第一初級線圈，其一端點接收該第二輸入訊號，另一端點接收一參考電壓；以及一第一次級線圈，其一端點接收該第一節點電壓，並用以根據該第二輸入訊號產生該第一線圈端訊號，另一端點接收該第二節點電壓，並用以根據該第二輸入訊號產生該第二線圈端訊號，其中該第一線圈組根據該第一初級線圈與該第一次級線圈在該第一次級線圈的一中心抽頭處產生該輸出訊號。