一种低噪声低功耗高增益混频器制造技术

本发明专利技术涉及一种低噪声低功耗高增益混频器，采用正交双平衡基尔伯特单元，使用两种不同频率的本振信号，包括：输入跨导单元、第一开关单元、第二开关单元、电流注入单元和负载单元。其中，第一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；第二开关单元对第一开关单元输出的射频电流信号通过电流换向进行二次调制，第二本振信号LO2频率为第一本振信号LO1的两倍，二者相位差为45°，第一开关单元和第二开关单元在进行状态切换时，晶体管中没有直流电流流过；电流注入单元对跨导输入单元输出的射频电流进行抽取，用以提高电路等效跨导、提高电路增益；差分中频输出电压信号从第二开关单元和负载单元之间输出。

A low noise, low power and high gain mixer

The invention relates to a low power low noise high gain mixer using orthogonal double balanced Bert Kiel unit, the vibration signal, using two different frequencies: the input transconductance unit, a first switch unit, a second switch unit, current injection unit and unit load. Among them, the RF current signal to the input transconductance unit output the first switch unit is modulated by current commutation; RF current signal of the first switch unit outputs the second switch unit two through second of the modulation current commutation, vibration signal of LO2 frequency is two times the first local oscillator signal LO1, two phase difference of 45 degrees. The first switch unit and a second switch unit in state switch, no DC current flowing through the transistor; current injection unit of transconductance input RF current output unit are extracted, in order to improve the circuit and improve the circuit equivalent transconductance gain; differential output voltage signal output from the second switch unit and unit load.

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声低功耗高增益混频器
本专利技术属于集成电路设计
，涉及一种低噪声、低功耗、高转换增益的下混频器。
技术介绍
随着无线通信技术的不断发展，从以雷达技术为首的军事应用，到以移动通信为主的民用技术，越来越多的无线通信应用进入人们的眼前。在现代通信系统中，射频收发前端具有举足轻重的作用，而混频器作为其中的核心模块之一，更对系统性能、成本有深远的影响。在实际通信中，输入信号关于本振信号对称的频带处会有镜像信号，该信号将严重影响接收前端的性能，甚至导致系统无法正常工作。通常对镜像信号的滤除需要使用片外镜像抑制滤波器，这大大降低了芯片的集成度，提高了设计成本。自1990年代以来，人们就不断对具有镜像抑制作用的零中频结构进行探索。在零中频射频接收前端中，本振信号频率与射频输入信号频率相同，有用信号直接被下变频到基带。这样以来，系统的镜像信号即为有用信号本身，因此在采用正交信号的零中频接收机中不存在镜像信号的问题，应用前景十分诱人。但由于其将输入信号直接转移到基频频率，电路中的低频噪声将与中频信号同时输出，这对混频器电路的噪声性能提出了很高的要求。因此，开发具有低噪声的零中频混频器具有十分重要的意义。通常，下变频器电路的主要噪声源包括：晶体管的闪烁噪声、各器件的热噪声、白噪声等，其中闪烁噪声影响最大。传统的降低闪烁噪声的电路结构主要基于对开关对直流电流的抽取，降低噪声脉冲的幅度，从而抑制噪声。大致可以分为三种结构：静态电流注入、动态电流注入和采用共振电感结构。其中静态电流注入结构，在实现闪烁噪声抑制的同时降低了转换增益，另外增加的分流支路又引入了白噪声，因此通常改善效果十分有限。动态电流注入结构不影响转换增益、不引入新的差模噪声，但需要较大的本振信号幅度来保证电流注入管随开关管同步工作，在实现起来十分困难。共振电感结构虽不影响转换增益、还能对开关管源极寄生电容起到补偿作用，但会引入新的噪声、耗费更多的电路面积。
技术实现思路
本专利技术的目的是在保持系统低功耗的前提下，设计一种具有良好噪声性能，特别是低闪烁噪声，同时具有较高转换增益的下混频器。技术方案如下：一种低噪声低功耗高增益混频器，采用正交双平衡基尔伯特单元，使用两种不同频率的本振信号，包括：输入跨导单元、第一开关单元、第二开关单元、电流注入单元和负载单元，其中，输入跨导单元实现射频电压信号与射频电流信号的转换；第一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；第二开关单元对第一开关单元输出的射频电流信号通过电流换向进行二次调制，第二本振信号LO2频率为第一本振信号LO1的两倍，二者相位差为45°，第一开关单元和第二开关单元在进行状态切换时，晶体管中没有直流电流流过，从而实现低频闪烁噪声的消除；电流注入单元对跨导输入单元输出的射频电流进行抽取，提高电路等效跨导、提高电路增益；负载单元通过用PMOS管交叉耦合对作为输出负载，将第二开关单元输出的电流信号转换为电压信号；差分中频输出电压信号从第二开关单元和负载单元之间输出。优选地，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：第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)；其中，所述第一晶体管(M1)的源极与地连接，栅极与射频信号源连接，漏极与第三晶体管(M3)的源极和第四晶体管(M4)的源极连接；所述第二晶体管(M2)的源极与地连接，栅极与射频信号源连接，漏极与第五晶体管(M5)的源极和第六晶体管(M6)的源极连接。第一开关单元包括：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)的栅极与正向第一本振信号(LO1+)连接，漏极与第七晶体管(M7)的源极和第八晶体管(M8)的源极连接，源极与第一晶体管(M1)的漏极连接；所述第四晶体管(M4)的栅极与反向第一本振信号(LO1-)连接，漏极与第十一晶体管(M11)的源极和第十二晶体管(M12)的源极连接，源极与第一晶体管(M1)的漏极连接；所述第五晶体管(M5)的栅极与正向第一本振信号(LO1+)连接，漏极与第九晶体管(M9)的源极和第十晶体管(M10)的源极连接，源极与第二晶体管(M2)的漏极连接；所述第六晶体管(M6)的栅极与反向第一本振信号(LO1-)连接，漏极与第十三晶体管(M13)的源极和第十四晶体管(M14)的源极连接，源极与第二晶体管(M2)的漏极连接。第二开关单元包括：第七晶体管(M7)、第八晶体管(M8)、第九晶体管(M9)、第十晶体管(M10)、第十一晶体管(M11)、第十二晶体管(M12)、第十三晶体管(M13)和第十四晶体管(M14)；其中，所述第七晶体管(M7)的栅极与反向第二本振信号I(LO2-I-)连接，漏极与负载网络左连接，源极与第三晶体管(M3)的漏极连接；所述第八晶体管(M8)的栅极与正向第二本振信号I(LO2-I+)连接，漏极与负载网络右连接，源极与第三晶体管(M3)的漏极连接；所述第九晶体管(M9)的栅极与正向第二本振信号I(LO2-I+)连接，漏极与负载网络左连接，源极与第五晶体管(M5)的漏极连接；所述第十晶体管(M10)的栅极与反向第二本振信号I(LO2-I-)连接，漏极与负载网络右连接，源极与第五晶体管(M5)的漏极连接；所述第十一晶体管(M11)的栅极与反向第二本振信号I(LO2-I-)连接，漏极与负载网络左连接，源极与第四晶体管(M4)的漏极连接；所述第十二晶体管(M12)的栅极与正向第二本振信号I(LO2-I+)连接，漏极与负载网络右连接，源极与第四晶体管(M4)的漏极连接；所述第十三晶体管(M13)的栅极与正向第二本振信号I(LO2-I+)连接，漏极与负载网络左连接，源极与第六晶体管(M6)的漏极连接；所述第十四晶体管(M14)的栅极与反向第二本振信号I(LO2-I-)连接，漏极与负载网络右连接，源极与第六晶体管(M6)的漏极连接。电流注入单元包括：第十五晶体管(M15)、第十六晶体管(M16)及第一电容(C1)、第一电感(L1)。其中，所述第十五晶体管(M15)的源极与电源连接，栅极和漏极相互连接并与电流源连接；所述第十六晶体管(M16)源极与电源连接，栅极与第十五晶体管的栅极连接，漏极与第一电容(C1)和第一电感(L1)连接。所述负载单元包括：第十七晶体管(M17)及第二电阻(R2)、第二电容(C2)；其中，所述第十七晶体管(M17)源极与电源连接，栅极和漏极相互连接并与第七晶体管(M7)的漏极连接；所述第二电阻(R2)第一端与电源连接，第二端与第七晶体管(M7)的漏极连接；所述第二电容(C2)第一端与电源连接，第二端与第七晶体管(M7)的漏极连接。所述第十五晶体管(M15)、第十六晶体管(M16)、第十七的源极和第二电阻(R2)、第二电容(C2)的第一端均与电源VDD连接；所述第一晶体管(M1)、第二晶体管(M2)的源极和第一电容(C1)均与地端GND连接。所述第十五晶体管(M15)、第十六晶体管(M16)和第十七晶体管(M17)均为PMOS晶体管，其余均为NMOS晶体管。本专利技术的优点有：1.具有优良的的噪声性能，特别是对低频闪烁噪声的抑制效果较好；2.电路可以工作在较低的电源电压下，具有较低的功耗；3.具有较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低噪声低功耗高增益混频器，采用正交双平衡基尔伯特单元，使用两种不同频率的本振信号，包括：输入跨导单元、第一开关单元、第二开关单元、电流注入单元和负载单元。其中，输入跨导单元实现射频电压信号与射频电流信号的转换；第一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；第二开关单元对第一开关单元输出的射频电流信号通过电流换向进行二次调制，第二本振信号LO2频率为第一本振信号LO1的两倍，二者相位差为45°，第一开关单元和第二开关单元在进行状态切换时，晶体管中没有直流电流流过，用以实现低频闪烁噪声的消除；电流注入单元对跨导输入单元输出的射频电流进行抽取，用以提高电路等效跨导、提高电路增益；负载单元通过用PMOS管交叉耦合对作为输出负载，将第二开关单元输出的电流信号转换为电压信号；差分中频输出电压信号从第二开关单元和负载单元之间输出。

【技术特征摘要】
1.一种低噪声低功耗高增益混频器，采用正交双平衡基尔伯特单元，使用两种不同频率的本振信号，包括：输入跨导单元、第一开关单元、第二开关单元、电流注入单元和负载单元。其中，输入跨导单元实现射频电压信号与射频电流信号的转换；第一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；第二开关单元对第一开关单元输出的射频电流信号通过电流换向进行二次调制，第二本振信号LO2频率为第一本振信号LO1的两倍，二者相位差为45°，第一开关单元和第二开关单元在进行状态切换时，晶体管中没有直流电流流过，用以实现低频闪烁噪声的消除；电流注入单元对跨导输入单元输出的射频电流进行抽取，用以提高电路等效跨导、提高电路增益；负载单元通过用PMOS管交叉耦合对作为输出负载，将第二开关单元输出的电流信号转换为电压信号；差分中频输出电压信号从第二开关单元和负载单元之间输出。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：第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)；其中，所述第一晶体管(M1)的源极与地连接，栅极与射频信号源连接，漏极与第三晶体管(M3)的源极和第四晶体管(M4)的源极连接；所述第二晶体管(M2)的源极与地连接，栅极与射频信号源连接，漏极与第五晶体管(M5)的源极和第六晶体管(M6)的源极连接。3.根据权利要求2所述的混频器，其特征在于，所述第一开关单元包括：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)的栅极与正向第一本振信号(LO1+)连接，漏极与第七晶体管(M7)的源极和第八晶体管(M8)的源极连接，源极与第一晶体管(M1)的漏极连接；所述第四晶体管(M4)的栅极与反向第一本振信号(LO1-)连接，漏极与第十一晶体管(M11)的源极和第十二晶体管(M12)的源极连接，源极与第一晶体管(M1)的漏极连接；所述第五晶体管(M5)的栅极与正向第一本振信号(LO1+)连接，漏极与第九晶体管(M9)的源极和第十晶体管(M10)的源极连接，源极与第二晶体管(M2)的漏极连接；所述第六晶体管(M6)的栅极与反向第一本振信号(LO1-)连接，漏极与第十三晶体管(M13)的源极和第十四晶体管(M14)的源极连接，源极与第二晶体管(M2)的漏极连接。4.根据权利要求3所述的混频器，其特征在于，所述第二开关单元包括：第七晶体管(M7)、第八晶体管(M8)、第九晶体管(M9)、第十晶体管(M10)、第十一晶体管(M11)、第十二晶体管(M12)、第十三晶体管(M13)和第十四晶体管(M14)；其中，所述第七晶体管(M7)的栅极与反向第二本振信号I(LO2...

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