一种高线性度有源双平衡混频器制造技术

本发明专利技术涉及一种高线性度有源双平衡混频器，其包括第一级混频单元和第一级混频单元，第一级混频单元位于无源电容C10和无源电容C11的一端，第二级混频单元位于无源电容C10和无源电容C11电容的另一端；第一级混频单元包括射频正向信号支路、尾电流I1、无源电容C1和射频负向信号支路，射频正向信号支路和射频负向信号支路左右两个支路在无源电容C1处表现为交流对称，第二级混频单元包括由NMOS晶体管M5、M6、M7、M8形成基尔伯特混频结构。因此，本发明专利技术提供的高线性度有源双平衡混频器既实现较高的线性度和足够的增益，且对于输入晶体管来说，减小了跨导，避免了电压摆幅的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路的射频电路领域，更具体地说，涉及一种高线性度有源双平衡混频器。
技术介绍
快速增长的无线通信市场使得无线通信技术向着低成本、低功耗和高集成度的方向发展。在无线应用中，便携式设备占据着市场的很大份额。便携式设备的特殊性对集成电路的功耗提出了新的要求，尤其是在医学和自动控制应用领域，电池使用寿命成为评估产品性能的一个重要指标。在进入90nm?55nm技术节点后，功耗问题尤为突出，单位面积上的功耗密度急剧上升。因此，功耗已经成为集成电路中继传统两个要素即速度和面积后的又一个关键要素。在设计时必须先考虑产品的功耗问题，并且进行从系统架构到底层电路设计的一系列优化以降低电路功耗，延长使用寿命。混频器(Frequency mixer)是非线性无线通信电路的一种，混频器把两道不同频率的输入讯号混合成一道特定频率的输出讯号，其是无线通信系统射频接收机前端的关键模块，在接收并下变频信号的过程中起着关键性的作用。不同的接收机系统架构，包括外差结构、直接下变频结构和低中频结构等，都需要一个能将射频(RF)频率下变频到基带中频(IF)频率的电路模块，这一关键电路模块的功能由混频器来实现，因此，混频器的增益、噪声、线性度等都将直接影响着整个接收机的性能。本领域技术人员清楚，一个高性能的混频器不仅需要具有足够好的转换增益，使得信号在下变频的过程中同时被有效放大，而且需要具备足够低的噪声和线性度，使得混频器对整个系统有着优越的性能贡献。所以，在实际设计中，一般采用折衷方案，综合考虑各项因素，兼顾各项指标的均衡。请参阅图1，图1所示的电路为一种传统的有源双平衡混频器(又称基尔伯特混频器)结构示意图。如图1所示，匪OS晶体管Ml和NMOS晶体管M2作为射频信号的输入管，其栅极分别接收来自低噪声放大器(Low Noise Amplif ier，简称LNA)的差分信号RF_r^PRF_p。NMOS晶体管M3、NM0S晶体管M4、NM0S晶体管M5和NMOS晶体管M6作为本征信号的输入管，NMOS晶体管M3、NM0S晶体管M6的栅极接收来自电压控制振荡器(Voltage ControlledOscillator，简称VC0)的本征信号L0_p，NM0S晶体管M4、NM0S晶体管M5的栅极接受来自VCO的本征信号UUuWOS晶体管M3的漏极与匪OS晶体管M5的漏极相连，输出混频后的低频信号IF_n，匪OS晶体管M4的漏极与匪OS晶体管M6的漏极相连，输出混频后的低频信号IF_p。NMOS晶体管Ml的源极和NMOS晶体管M2的源极分别与电感L2、L3相连，并通过电感LI接地。然而，对于图1所示的混频器来说，为了实现较高的线性度(通常用IIP3指标衡量)和足够的增益，对于输入晶体管(NM0S晶体管Ml和匪OS晶体管M2)来说需要有较大的跨导，本领域技术人员清楚，在MOS管中，跨导的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，在转移特性曲线上，跨导为曲线的斜率，这样会引起电压摆幅的问题。因此，是目前业界急需解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于射频领域的高线性度有源双平衡混频器。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下:一种高线性度有源双平衡混频器，其包括第一级混频单元和第二级混频单元;所述第一级混频单元位于无源电容ClO和无源电容Cll的一端，第二级混频单元位于无源电容ClO和无源电容Cll电容的另一端;所述第一级混频单元包括射频正向信号支路、尾电流I1、无源电容Cl和射频负向信号支路;所述射频正向信号支路包括NMOS晶体管Ml、匪OS晶体管M3、第一负载和射频正向信号的输入匹配;所述匪OS晶体管Ml的源极是射频正向信号RF_n的输入端;所述射频负向信号支路包括匪OS晶体管M2、NM0S晶体管M4、第二负载和射频负向信号的输入匹配;所述匪OS晶体管M2的源极是射频负向信号1^_?的输入端;其中，所述NMOS晶体管Ml和NMOS晶体管M2共栅极，所述NMOS晶体管M3和匪OS晶体管M4共栅极;所述匪OS晶体管Ml和NMOS晶体管M2的源极通过所述尾电流11接地;所述匪OS晶体管M3和NMOS晶体管M4漏极通过电容Cl接地;所述NMOS晶体管Ml经射频正向信号的输入匹配后等效于一个共栅放大器，射频正向信号经过共栅放大以后从所述NMOS晶体管Ml的漏极输出；所述匪OS晶体管Ml漏极输出的信号通过无源电容C6交流耦合到所述NMOS晶体管M3的栅极，同时，匪OS晶体管Ml漏极输出的信号通过无源电感L5进入NMOS晶体管M3源极，最终信号从匪OS晶体管M3漏极输出到电容1的一端，所述匪OS晶体管M3漏极通过所述第一负载同电源相连;所述匪OS晶体管M2经射频负向信号的输入匹配后等效于一个共栅放大器，射频负向信号经过共栅放大以后从所述NMOS晶体管M2的漏极输出；所述NMOS晶体管M2漏极输出的信号通过无源电容C7交流耦合到所述匪OS晶体管M4的栅极，同时，匪OS晶体管M2漏极输出的信号通过无源电感L6进入匪OS晶体管M4源极，最终信号从匪OS晶体管M4漏极输出到电容11的一端，所述匪OS晶体管M4漏极通过所述第二负载同电源相连;所述第二级混频单元包括匪OS晶体管M5、匪OS晶体管M6、NM0S晶体管M7、NM0S晶体管M8、尾电流12、尾电流13、第三负载和第四负载;其中，经过交流耦合电容Cl O的交流信号传输给所述匪OS晶体管M7与M8的源端，经过交流耦合电容Cl I的交流信号传输给所述NMOS晶体管M5与M6源端，NMOS晶体管M5与M6源端;所述匪OS晶体管M5漏端与M7漏端相连，所述匪OS晶体管M6漏端与M8漏端相连;本征正向信号11)_?从所述匪OS晶体管M5与M8栅端输入，本征负向信号L0_n从所述NMOS晶体管M6与M7的栅端输入，所述NMOS晶体管M5、M6、M7、M8形成基尔伯特混频结构，最终低中频信号的正向IF_p和负向IF_n分别从所述NMOS晶体管M8与M5的漏端传输出来;所述NMOS晶体管M5通过第三负载同电源相连，所述NMOS晶体管M8通过第四负载同电源相连，所述电容的ClO另一端通过所述尾电流12接地，所述电容的Cll另一端通过所述尾电流13接地。优选地，所述射频正向信号的输入匹配包括无源电容C4和无源电感L3，所述无源电容C4并接在所述NMOS晶体管Ml栅极和源级之间，无源电感L3串接在所述匪OS晶体管Ml和M2共栅极点Vl与所述NMOS晶体管Ml栅极之间；所述射频负向信号的输入匹配包括无源电容C5和无源电感L4，所述无源电容C5并接在所述匪OS晶体管M2栅极和源级之间，无源电感L4串接在所述NMOS晶体管Ml和M2共栅极点Vl与所述NMOS晶体管M2的栅极之间。优选地，所述射频正向信号的输入匹配还包括无源电容C2和无源电阻Rl，所述无源电阻Rl串接在所述无源电感L3与所述NMOS晶体管Ml和M2共栅极点Vl之间，所述无源电容C2—端与所述无源电阻Rl和所述无源电感L3连接点相连，另一端接地;所述射频负向信号的输入匹配还包括无源电容C3和无源电阻R2，所述无源电阻R2串接在所述无源电感L4与所述NMOS晶体管Ml和M2共栅极点Vl之间，所述无源电容C3—端与所述无源电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高线性度有源双平衡混频器，其特征在于，包括第一级混频单元和第二级混频单元；所述第一级混频单元位于无源电容C10和无源电容C11的一端，第二级混频单元位于无源电容C10和无源电容C11电容的另一端；所述第一级混频单元包括射频正向信号支路、尾电流I1、无源电容C1和射频负向信号支路；所述射频正向信号支路包括NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M3、第一负载和射频正向信号的输入匹配；所述NMOS晶体管M1的源极是射频正向信号RF_n的输入端；所述射频负向信号支路包括NMOS晶体管M2、NMOS晶体管M4、第二负载和射频负向信号的输入匹配；所述NMOS晶体管M2的源极是射频负向信号RF_p的输入端；其中，所述NMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2共栅极，所述NMOS晶体管M3和NMOS晶体管M4共栅极；所述NMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2的源极通过所述尾电流I1接地；所述NMOS晶体管M3和NMOS晶体管M4漏极通过电容C1接地；所述NMOS晶体管M1经射频正向信号的输入匹配后等效于一个共栅放大器，射频正向信号经过共栅放大以后从所述NMOS晶体管M1的漏极输出；所述NMOS晶体管M1漏极输出的信号通过无源电容C6交流耦合到所述NMOS晶体管M3的栅极，同时，NMOS晶体管M1漏极输出的信号通过无源电感L5进入NMOS晶体管M3源极，最终信号从NMOS晶体管M3漏极输出到电容10的一端，所述NMOS晶体管M3漏极通过所述第一负载同电源相连；所述NMOS晶体管M2经射频负向信号的输入匹配后等效于一个共栅放大器，射频负向信号经过共栅放大以后从所述NMOS晶体管M2的漏极输出；所述NMOS晶体管M2漏极输出的信号通过无源电容C7交流耦合到所述NMOS晶体管M4的栅极，同时，NMOS晶体管M2漏极输出的信号通过无源电感L6进入NMOS晶体管M4源极，最终信号从NMOS晶体管M4漏极输出到电容11的一端，所述NMOS晶体管M4漏极通过所述第二负载同电源相连；所述第二级混频单元包括NMOS晶体管M5、NMOS晶体管M6、NMOS晶体管M7、NMOS晶体管M8、尾电流I2、尾电流I3、第三负载和第四负载；其中，经过交流耦合电容C10的交流信号传输给所述NMOS晶体管M7与M8的源端，经过交流耦合电容C11的交流信号传输给所述NMOS晶体管M5与M6源端，NMOS晶体管M5与M6源端；所述NMOS晶体管M5漏端与M7漏端相连，所述NMOS晶体管M6漏端与M8漏端相连；本征正向信号LO_p从所述NMOS晶体管M5与M8栅端输入，本征负向信号LO_n从所述NMOS晶体管M6与M7的栅端输入，所述NMOS晶体管M5、M6、M7、M8形成基尔伯特混频结构，最终低中频信号的正向IF_p和负向IF_n分别从所述NMOS晶体管M8与M5的漏端传输出来；所述NMOS晶体管M5通过第三负载同电源相连，所述NMOS晶体管M8通过第四负载同电源相连，所述电容的C10另一端通过所述尾电流I2接地，所述电容的C11另一端通过所述尾电流I3接地。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李琛，何学红，张启帆，段杰斌，任铮，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31