一种下变频混频器制造技术

本发明专利技术涉及一种下变频混频器，包括：输入跨导单元、开关单元、电流注入单元、交叉耦合有源负载单元和尾电流源单元，其中，尾电流源基于电流镜结构为输入跨导单元提供直流偏置；输入跨导单元将射频电压信号转换为射频电流信号，利用交叉耦合跨导增强技术提高电路等效跨导值提高增益，同时在跨导单元的两条支路之间增加LC谐振回路降低闪烁噪声；开关单元对输入跨导单元输出的射频电流信号通过电流换向进行调制；交叉耦合有源负载单元用PMOS管交叉耦合对作为输出负载；差分中频输出电压信号从开关单元和交叉耦合有源负载单元之间输出。

Down conversion mixer

The invention relates to a mixer, including: input transconductance unit, a switch unit, current injection unit, cross coupled active load unit and the tail current source unit, wherein, the tail current source DC bias current mirror structure based on the input transconductance unit; the input transconductance unit converts the RF voltage signal to RF current signal. To enhance circuit equivalent transconductance gain by using the technique of cross coupled transconductance, while increasing the LC resonant circuit between two branch unit transconductance reduction of flicker noise; radio frequency current signal to the input transconductance unit output switch unit are modulated by current commutation; cross coupled active load cell using PMOS tube cross coupled pair as the output load difference; if the output voltage signal into the load unit between the output from the switch unit and cross coupled active.

【技术实现步骤摘要】
一种下变频混频器
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种下变频混频器。
技术介绍
在射频接收机的设计中，混频器位于低噪声放大器之后，对低噪声放大器放大后的信号进行下变频处理，产生频率较低的中频信号以供后续的基带处理。混频器的设计应综合考虑噪声系数、转换增益、线性度、端口隔离度以及功耗等指标。在射频接收机中，混频器的性能影响着整个系统的性能。混频器的噪声系数决定着接收机系统对低噪声放大器的增益和噪声的要求，对接收机系统灵敏度影响显著，高转换增益的混频器可以改善系统的噪声，混频器线性度的好坏直接决定接收机的动态范围。混频器分为无源混频器和有源混频器。无源混频器由于没有静态电流流过开关混频级，闪烁噪声较小，且线性度较高，但缺点是无法提供转换增益。一般需要在无源混频器后接跨阻放大器，这会增加设计的复杂度、功耗、面积和成本。有源混频器是利用有源器件实现混频功能，双平衡吉尔伯特混频器是目前应用最广泛的一种有源混频器结构，它利用乘法功能实现混频，双平衡可以有效抑制干扰信号，它可以提供一定的转换增益且端口隔离度较高，但线性度比较差，且噪声相对较高。吉尔伯特混频器的闪烁噪声主要源于开关管的非理想工作和开关管源极寄生电容的充放电作用。文献[1]采用噪声消除技术并引入电感与开关对共源节点电容谐振设计出一种低噪声和高增益的下变频混频器，但线性度较差。文献[2]采用正交反馈的跨导级结构提高混频器的线性度，但增益较低。文献[3]利用两个工作于线性区的对称MOS管基于新型全差分乘法器结构，实现高线性度，但功耗较大。由此可见，在通常的混频器设计中，很难同时实现高增益、低噪声和高线性度，并且相应的补偿措施会带来其他方面的性能损失。参考文献：【1】王良坤,马成炎,叶甜春.低噪声和高增益CMOS下变频混频器设计[J].微电子学,2008,38(5):674-678.【2】张云珠,翁强,吴建辉,等.高线性度的CMOS下变频混频器的设计[J].固体电子学研究与进展,2008,28(2):220-223.【3】赵明剑,李斌,吴朝晖.新型高线性度双平衡CMOS混频器芯片的设计[J].华南理工大学学报(自然科学版),2013,41(5):28-33.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种下变频混频器，具有低噪声、高增益、高线性度，同时兼顾合理的功耗，能够用于射频接收机前端。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种下变频混频器，包括：输入跨导单元、开关单元、电流注入单元、交叉耦合有源负载单元和尾电流源单元，其中，尾电流源基于电流镜结构为输入跨导单元提供直流偏置，输入跨导单元将射频电压信号转换为射频电流信号，利用交叉耦合跨导增强技术提高电路等效跨导值提高增益，同时在跨导单元的两条支路之间增加LC谐振回路降低闪烁噪声；开关单元对输入跨导单元输出的射频电流信号通过电流换向进行调制；交叉耦合有源负载单元用PMOS管交叉耦合对作为输出负载；差分中频输出电压信号从开关单元和交叉耦合有源负载单元之间输出。优选地，所述输入跨导单元包括：第七晶体管(M7)、第八晶体管(M8)、第九晶体管(M9)和第十晶体管(M10)；其中，所述第九晶体管(M9)的栅极与第三电阻(R3)的第一端和射频输入端(RF+)连接；所述第十晶体管(M10)的栅极与第四电阻(R4)的第一端和射频输入端(RF-)连接；所述第九晶体管(M9)的源极与第十晶体管(M10)的源极和第十三晶体管(M13)的漏极连接。所述开关单元包括：第三晶体管(M3)、第四晶体管(M4)、第五晶体管(M5)和第六晶体管(M6)；其中，所述第三晶体管(M3)的栅极与第六晶体管(M3)的栅极、第三电容(C3)的第一端、第二电感(L2)的第二端和第一电阻(R1)的第一端连接；所述第四晶体管(M4)的栅极与第五晶体管(M5)的栅极、第四电容(C4)的第一端、第三电感(L3)的第二端和第二电阻(R2)的第一端连接；所述第四晶体管(M4)的栅极与第五晶体管(M5)的栅极、第四电容(C4)的第一端、第三电感(L3)的第二端和第二电阻(R2)的第一端连接；所述第三晶体管(M3)的源极与第四晶体管(M4)的源极、第十一晶体管(M11)的漏极、第七晶体管(M7)的漏极、第八晶体管(M8)的栅极、第九晶体管(M9)的漏极、第一电感(L1)的第一端和第一电容(C1)的第一端连接；所述第五晶体管(M5)的源极与第六晶体管(M6)的源极、第十二晶体管(M12)的漏极、第七晶体管(M7)的栅极、第八晶体管(M8)的漏极、第十晶体管(M10)的漏极、第一电感(L1)的第二端和第二电容(C2)的第一端连接。所述电流注入单元包括：第十一晶体管(M11)和第十二晶体管(M12)。所述交叉耦合有源负载单元包括：第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)；其中，所述第一晶体管(M1)的栅极与第二晶体管(M2)的栅极、第四晶体管(M4)的漏极、第六晶体管(M6)的漏极和输出端(IF-)连接；所述第二晶体管(M2)的栅极与第一晶体管(M1)的栅极、第三晶体管(M3)的漏极、第五晶体管(M5)的漏极和输出端(IF+)连接。所述尾电流源单元包括：第十三晶体管(M13)、第十四晶体管(M14)、第十五晶体管(M15)和第十六晶体管(M16)；其中，第十三晶体管(M13)的栅极与第十四晶体管(M14)的栅极、第十四晶体管(M14)的漏极、第十五晶体管(M15)的栅极和第十五晶体管(M15)的漏极连接；第十五晶体管(M15)的源极与第十六晶体管(M16)的栅极和第十六晶体管(M16)的漏极连接。所述第一晶体管(M1)的源极、第二晶体管(M2)的源极、第十一晶体管(M11)的源极、第十二晶体管(M12)的源极和第十六晶体管(M16)的源极均与第一电压源(V1)连接；所述第十一晶体管(M11)的栅极和第十二晶体管(M12)的栅极均与第二电压源(V2)连接；所述第一电阻(R1)的第二端和第二电阻(R2)的第二端均与第三电压源(V3)连接；所述第三电阻(R3)的第二端和第四电阻(R4)的第二端均与第四电压源(V4)连接；所述第一电容(C1)的第二端、第二电容(C2)的第二端、第三电容(C3)的第二端、第四电容(C4)的第二端、第七晶体管(M7)的源极、第八晶体管(M8)的源极、第十三晶体管(M13)的源极和第十四晶体管(M14)的源极均与接地端连接；所述第二电感(L2)的第一端连接本振信号(LO+)；第三电感(L3)的第一端连接本振信号(LO-)。所述第一晶体管(M1)、第二晶体管(M2)、第十一晶体管(M11)、第十二晶体管(M12)、第十五晶体管(M15)和第十六晶体管(M16)均为PMOS晶体管，其余均为NMOS晶体管。所述第一电压源(V1)提供直流偏置电压，且电压值为1.8V。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案的有益效果是：(1)本专利技术采用交叉耦合有源负载，同时改善转换增益和线性度；(2)本专利技术采用交叉耦合跨导增强结构，提高转换增益；(3)本专利技术采用LC谐振回路，滤出杂波，降低噪声；(4)本专利技术采用电流注入结构，在不增加开关单元偏置电流的情况下提高输入跨导管的跨导值，提高转换增益并降低闪烁噪声；(5)本专利技术的实现采用主流CMOS工艺，可以与普通采用CMOS工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种下变频混频器，包括：输入跨导单元、开关单元、电流注入单元、交叉耦合有源负载单元和尾电流源单元，其中，尾电流源基于电流镜结构为输入跨导单元提供直流偏置；输入跨导单元将射频电压信号转换为射频电流信号，利用交叉耦合跨导增强技术提高电路等效跨导值提高增益，同时在跨导单元的两条支路之间增加LC谐振回路降低闪烁噪声；开关单元对输入跨导单元输出的射频电流信号通过电流换向进行调制；交叉耦合有源负载单元用PMOS管交叉耦合对作为输出负载；差分中频输出电压信号从开关单元和交叉耦合有源负载单元之间输出。

【技术特征摘要】
1.一种下变频混频器，包括：输入跨导单元、开关单元、电流注入单元、交叉耦合有源负载单元和尾电流源单元，其中，尾电流源基于电流镜结构为输入跨导单元提供直流偏置；输入跨导单元将射频电压信号转换为射频电流信号，利用交叉耦合跨导增强技术提高电路等效跨导值提高增益，同时在跨导单元的两条支路之间增加LC谐振回路降低闪烁噪声；开关单元对输入跨导单元输出的射频电流信号通过电流换向进行调制；交叉耦合有源负载单元用PMOS管交叉耦合对作为输出负载；差分中频输出电压信号从开关单元和交叉耦合有源负载单元之间输出。2.根据权利要求1所述的混频器，其特征在于，所述输入跨导单元包括：第七晶体管(M7)、第八晶体管(M8)、第九晶体管(M9)和第十晶体管(M10)；其中，所述第九晶体管(M9)的栅极与第三电阻(R3)的第一端和射频输入端(RF+)连接；所述第十晶体管(M10)的栅极与第四电阻(R4)的第一端和射频输入端(RF-)连接；所述第九晶体管(M9)的源极与第十晶体管(M10)的源极和第十三晶体管(M13)的漏极连接。3.根据权利要求2所述的混频器，其特征在于，所述开关单元包括：第三晶体管(M3)、第四晶体管(M4)、第五晶体管(M5)和第六晶体管(M6)；其中，所述第三晶体管(M3)的栅极与第六晶体管(M3)的栅极、第三电容(C3)的第一端、第二电感(L2)的第二端和第一电阻(R1)的第一端连接；所述第四晶体管(M4)的栅极与第五晶体管(M5)的栅极、第四电容(C4)的第一端、第三电感(L3)的第二端和第二电阻(R2)的第一端连接；所述第四晶体管(M4)的栅极与第五晶体管(M5)的栅极、第四电容(C4)的第一端、第三电感(L3)的第二端和第二电阻(R2)的第一端连接；所述第三晶体管(M3)的源极与第四晶体管(M4)的源极、第十一晶体管(M11)的漏极、第七晶体管(M7)的漏极、第八晶体管(M8)的栅极、第九晶体管(M9)的漏极、第一电感(L1)的第一端和第一电容(C1)的第一端连接；所述第五晶体管(M5)的源极与第六晶体管(M6)的源极、第十二晶体管(M12)的漏极、第七晶体管(M7)的栅极、第八晶体管(M8)的漏极、第十晶体管(M10)的漏极、第一电感(L1)的第二端和第二电容(C2)的第一端连接。4.根据权利要求3所述的混频器，其特征在于，所述电流注入单元包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张为，赵启越，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12