混频开关电路及混频器制造技术

本申请公开了一种混频开关电路，包括四对共源极且共漏极的NMOS晶体管和PMOS晶体管；一对差分输入信号分别连接第一对晶体管和第二对晶体管的共漏极、第三对晶体管和第四对晶体管的共漏极；第一对晶体管和第三对晶体管的共源极、第二对晶体管和第四对晶体管的共源极分别输出一对差分中间信号；每一对晶体管的栅极分别连接一对差分本振信号；所有NMOS晶体管的栅极具有NMOS偏置电压，所有PMOS晶体管的栅极具有PMOS偏置电压，并且NMOS偏置电压与PMOS偏置电压不同。本申请还公开了由该混频开关电路所组成的混频器。本申请混频器具有线性度好、噪声低的特点。

【技术实现步骤摘要】
混频开关电路及混频器
本申请涉及一种无线收发系统中的混频器，特别是涉及其中的混频开关电路。
技术介绍
射频(rad1 ^^91161107,1^)是指频率范围在3001(取?306取之间的电磁波。射频通信在广播通信、移动通信、微波通信、卫星通信、无线局域网接入、数字电视等方面得到了广泛应用。典型的射频通信系统包括发送机和接收机两部分。 射频接收机具有三种基本结构:超外差(super heterodyne)结构、直接变频(direct convers1n)结构、低中频(low IF)结构。 请参阅图la，这是超外差接收机的基本结构，其典型代表为数字中频接收机。天线接收到的射频信号首先经过射频带通滤波器(BPF, Band-Pass Filter)来滤除频带外的干扰，然后低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)将接收到的微弱信号在引入较低噪声的条件下进行放大，接下来镜像抑制滤波器(IRF, Image-Reject Filter)滤除镜像干扰频率。第一混频器(Mixerl)将滤波后的信号与第一本振信号(L01,其中LO表不本地振荡器，local oscillator)进行混频,将信号从射频搬移到中频(IF, Intermediate Frequency)。然后该中频信号通过一个中频带通滤波器进行信道滤波，再通过自动增益放大器(VGA，Variable Gain Amplifiers)进行中频放大。输出的中频信号分为1、Q两路，I路信号是同相(in-phase)的中频信号，Q路信号是正交(quadrature)的中频信号，即Q路信号由I路信号移相90度而成。1、Q两路中频信号分别经过两个独立的第二混频器(Mixer2)，I路中频信号在第二混频器中与第二本振信号(L02)混频而下变频为I路基带信号，Q路中频信号在另一个第二混频器中与移相90度的第二本振信号混频而下变频为Q路基带信号。1、Q两路基带信号再分别经过低通滤波器(LPF，Low Pass Filter)后输出，交由后续处理。典型的后续处理包括将1、Q两路基带信号分别交由两个模数转换器转换为数字信号，再交由一个数字信号处理器(DSP)进行解调处理。 请参阅图lb，这是直接变频接收机的基本结构，其典型代表为零中频接收机。天线接收到的射频信号首先经过射频带通滤波器来滤除频带外的干扰，然后低噪声放大器将接收到的微弱信号在引入较低噪声的条件下进行放大。输出的射频信号分为1、Q两路，I路信号是同相的射频信号，Q路信号是正交的射频信号，即Q路信号由I路信号移相90度而成。1、Q两路射频信号分别经过两个独立的混频器，I路射频信号在混频器中与本振信号混频而下变频为I路基带信号，Q路射频信号在另一个混频器中与移相90度的本振信号混频而下变频为Q路基带信号。1、Q两路基带信号再分别经过低通滤波器、自动增益放大器后输出，交由后续处理。 请参阅图lc，这是低中频接收机的基本结构。天线接收到的射频信号首先经过射频带通滤波器来滤除频带外的干扰，然后低噪声放大器将接收到的微弱信号在引入较低噪声的条件下进行放大。输出的射频信号分为1、Q两路，I路信号是同相的射频信号，Q路信号是正交的射频信号，即Q路信号由I路信号移相90度而成。1、Q两路射频信号分别经过两个独立的第一混频器，I路射频信号在第一混频器中与第一本振信号混频而下变频为I路低中频信号，Q路射频信号在另一个第一混频器中与移相90度的第一本振信号混频而下变频为Q路低中频信号。1、Q两路低中频信号再分别经过低通滤波器、自动增益放大器后输出，分别经过两个独立的第二混频器下变频为1、Q两路基带信号，再交由后续处理。 由此可见，下变频混频器在各种类型的射频接收机中都是必不可少的。下变频混频器用于将射频信号下变频为中频信号，或者是将射频信号下变频为基带信号，或者是将中频信号下变频为基带信号。 请参阅图2，混频器(mixer)是一种三端口的电子器件，包括输入端口 IN、本振端口 LO和输出端口 OUT。混频器用来实现信号的频谱搬移，在时域上表现为输入信号与本振信号相乘，在频域上表现为输入信号频率与本振信号频率的加法和减法。假设输入信号为Vin=Acos (ω INt)，本振信号为Vm=Bcos (ω wt)，则混频器实现频谱搬移的数学模型为 Vout = Acos(ω INtjBcos(ω loO = — [cos( (.』」rN - ωω) t + cos( ω m + w L0) t]...这表示输出信号Votit中含有两个频率分量ωΙΝ-ωω、ωΙΝ+ωω，通过滤波器可以滤除掉其中一个频率分量，而选择输出信号Vot的频率。如果输出信号Vot的频率高于输入信号Vin的频率，即输出信号Vot保留ω ΙΝ+ ω L0频率分量，则称为上变频混频器。如果输出信号Vot的频率低于输入信号Vin的频率，即输出信号Vtot保留ωΙΝ-ωω频率分量，则称为下变频混频器。 混频器是无线收发系统中的核心模块，其主要性能参数包括线性度和噪声等。 如果接收机的目标是检测一个幅度很小的弱信号，而在其旁边有一个幅度很大的干扰信号，那么该干扰信号可能会将接收机对弱信号的接收完全阻塞。在现代通讯系统中，要求接收机必须能经受住比目标信号高60?70dB的干扰信号。而接收机应该既能处理弱信号，也能处理强信号。通常用动态范围来表示接收机对强、弱信号的适应能力，并用接收机所能处理的最大信号功率与最小信号功率的比值来表示。在现代通讯系统中，要求接收机还要具备超过60dB的动态范围。为了达到这样的性能要求，接收机中的下变频混频器必须具有较高的三阶捕获点(IP3, third order intercept point),即具有良好的线性度。 噪声系数(NF,noise figure)用来描述输入信号经过混频器以后信号质量变坏的程度，以输入信噪比与输出信噪比的比值来表示。噪声系数决定了接收机的灵敏度，并且影响接收机的动态范围。 在下变频混频器的设计中，提高线性度和降低噪声相冲突，必须予以权衡，这一点特别体现在零中频结构的接收机设计中。 请参阅图3，这是一种现有的Gilbert混频器的原理示意图，由跨导级电路、开关级电路、负载级电路和尾电流电路所组成。所述跨导级电路由两个共源极的NMOS晶体管匪1、匪2构成，它们的栅极接收一对差分输入的电压信号VIN+、VIN_，它们的漏极分别连接开关级电路中的两对差分开关对。所述开关级电路由两对差分开关对所组成，第一对差分开关对由共源极的NMOS晶体管匪3、NM4所组成，第二对差分开关对由共源极的NMOS晶体管匪5、NM6所组成。每一对差分开关对中的两个NMOS晶体管的共源极连接跨导级电路中的一个NMOS晶体管的漏极，每一对差分开关对中的两个晶体管的栅极分别接收一对差分的本振信号νω+、νω_输入。请参阅图8，所述差分的本振信号νω+、νω_以是其中的νω—Ι+、νω ι_，或者是其中的Vm Q+、VM Q_。所述负载级电路由两个负载电阻&构成，每个负载电阻&连接工作电压Vdd和开关级电路。第一差分开关对中由本振信号νω+激励的NMOS晶体管三匪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混频开关电路，其特征是，包括四对共源极且共漏极的NMOS晶体管和PMOS晶体管；一对差分输入信号分别连接第一对晶体管和第二对晶体管的共漏极、第三对晶体管和第四对晶体管的共漏极；第一对晶体管和第三对晶体管的共源极、第二对晶体管和第四对晶体管的共源极分别输出一对差分中间信号；每一对晶体管的栅极分别连接一对差分本振信号；所有NMOS晶体管的栅极具有NMOS偏置电压，所有PMOS晶体管的栅极具有PMOS偏置电压，并且NMOS偏置电压与PMOS偏置电压不同。

【技术特征摘要】
1.一种混频开关电路，其特征是，包括四对共源极且共漏极的NMOS晶体管和PMOS晶体管；一对差分输入信号分别连接第一对晶体管和第二对晶体管的共漏极、第三对晶体管和第四对晶体管的共漏极；第一对晶体管和第三对晶体管的共源极、第二对晶体管和第四对晶体管的共源极分别输出一对差分中间信号；每一对晶体管的栅极分别连接一对差分本振信号；所有NMOS晶体管的栅极具有NMOS偏置电压，所有PMOS晶体管的栅极具有PMOS偏置电压，并且NMOS偏置电压与PMOS偏置电压不同。2.根据权利要求1所述的混频开关电路，其特征是，各个晶体管的栅极所施加的本振信号与偏置电压的组合使得各个晶体管均工作在亚阈状态。3.根据权利要求1所述的混频开关电路，其特征是，各个晶体管的跨导相同。4.根据权利要求1所述的混频开关电路，其特征是，所述NMOS偏置电压由一电路产生，其具体结构为:工作电压通过电阻连接多条并联支路后接地，在该电阻与多条并联支路之间作为输出端，输出NMOS偏置电压；每条并联支路均为一个电阻和一个NMOS晶体管的串联，每条并联支路中的NMOS晶体管是相同的，但每条并联支路中的电阻的阻值各不相同；通过对并联支路是否导通的选择，输出零或各种不同电压值的NMOS偏置电压；所述PMOS偏置电压的产生电路与NMOS偏置电压的产生电路相同。5.一种混频器，其特征是，包括两个混频开关电路和四个电流电压转换器；一对差分输入信号分别经过两个混频开关电路，分别下变频为一对差分I路中间信号和一对差分Q路中间信号；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄颋，
申请(专利权)人：锐迪科微电子科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31