吉尔伯特混频器的线性改进方法、混频器电路、无线电通信系统技术方案

公开了用于提供改进线性的吉尔伯特混频器的方法和系统。本发明专利技术的吉尔伯特混频器包括一个耦合到高线性的多级放大器上的传统混频器核。该多级放大器包括两个或更多个在全局安排中连接在一起的晶体管级。该全局反馈为放大器提供与局部反馈安排相比更大的环路增益，因而增加了放大器的线性。另外，在放大器中有多个晶体管级可更好地隔离ＲＦ输入信号和ＬＯ输入信号。而且，通过在多级放大器中提供并行输出级，可在几个混频器核共享反馈机制的同时从源处驱动所述几个混频器核。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术通常针对无线电通信系统，尤其针对使用吉尔伯特混频器的无线电通信系统中的已改进线性。相关技术描述在无线电通信系统中，为了易于传输，混频器用来将基带信号上变频为更高频率的(例如射频(RF))信号；为了易于信号处理，混频器也可将高频信号下变频到基带。存在各种类型的混频器，包括非均衡、单均衡、双均衡以及四象限或吉尔伯特混频器，关于各种混频器的一般信息，读者可以参考“Radio-Frequence Microelectronic Circuits forTelecommunication Applications(用于电信应用的射频微电子电路)，”Yannis E.Papananos，ISBN 0-7923-8641-8，Kluwer AcademicPublishers，Boston，1999。吉尔伯特混频器很通用，因为该混频器的设计提供合理的变换增益(即中间频率(IF)输出功率与RF输入功率相比)、在RF和本振(LO)端口上的好的镜像抑制和差分IF输出。附图说明图1说明一个可用来下变频高频(例如，RF)信号的示例吉尔伯特混频器100的电路图。可以看出，吉尔伯特混频器100由两个主要部分组成一个用于接收并放大RF信号的放大器102，和一个用来对RF信号和LO信号进行混频以生成IF信号的混频器核104。放大器102包括两个相连用作典型的单级(即一个晶体管级)放大器的晶体管Q1和Q2。每个晶体管的源极端子都通过各自的反馈电阻RE连接到公共接地VSS上。两个晶体管Q1和Q2的栅极端子形成输入端口106，经由该端口接收RF输入信号。然后通过晶体管Q1和Q2的漏极端子为混频器核104提供RF输入信号。上述的单级安排也称作“局部反馈”安排，其原因是晶体管输出ie对晶体管输入vb的直接影响Vb＝Vbe+icRe(1)混频器核104包括4个相连作为典型混频器电路的晶体管Q3-Q6。晶体管Q3&Q4的源极端子和晶体管Q1的漏极端子相连。同样，晶体管Q5&Q6的源极端子和晶体管Q2的漏极端子相连。晶体管Q4&Q5的栅极端子相连组成LO输入端口108的一个末端。晶体管Q3&Q6的栅极端子相连组成LO输入端口108的另一个末端。晶体管Q3&Q5和Q4&Q6的漏极端子一起组成IF输出端口110。上拉电阻R将晶体管Q3-Q6的漏极端子和电源连接起来。吉尔伯特混频器100的操作如下在晶体管Q1和Q2的栅极之间没有任何电压差时，它们的漏极电流ic基本上是相同的。因此，施加在LO输入端口108上的电压不会导致在IF输出端口110上出现不同。如果在RF输入端口106(例如，由于晶体管Q1和Q2不匹配)处有一个小的DC偏置，则将只导致LO信号到IF输出端口110的小的馈通，其一般将被一个IF滤波器(未给出)阻止掉。相反，如果将RF信号施加在RF输入端口106上，但是没有在LO输入端口108上施加电压差，那么IF输出端口110将再次平衡。小的偏置电压(由于集体管Q3-Q6不匹配)可能导致一些RF信号馈通至IF输出端口110，然而，如前面所述，这将被IF滤波器抑制掉。因此，只有在同时向LO输入端口108和RF输入端口106都提供信号时，信号才会在IF输出端口110上出现。一般来说，吉尔伯特混频器有一个问题对于现代无线电通信系统，放大器102无法实现足够高的线性范围。图2是示出吉尔伯特混频器100的RF输入电压(VRF)和输出电压(VIF)之间的关系的示例曲线图。可见，对于特定的工作范围，在VRF和VIF信号之间(一般是在点200和202间)基本上是线性关系。该响应主要是由于放大器102在该工作范围上的线性跨导。然而，在该工作范围外，吉尔伯特混频器100逐渐变得非线性。线性工作范围的大小主要取决于Q1和Q2的工作点和为放大器102所提供的反馈。一般来说，反馈量增加将导致混频器的线性增加。例如在图1中，电阻RE为放大器102提供反馈。如果增加反馈电阻RE的电阻，则会增加吉尔伯特混频器100的线性。尽管上述吉尔伯特混频器的设计可为以前的系统提供足够的线性，但是诸如UMTS(通用移动电信系统)之类的无线电通信系统却有高得多的线性要求，这是因为结合降低的电源电压使用了新的调制技术。也就是说，诸如UMTS之类的现代无线电通信系统要求混频器有一个更大的线性工作范围。这一增加的线性要求正在扩展大多数现有吉尔伯特混频器的设计的性能。具体来说，当使用低的电源电压时，现有吉尔伯特混频器设计的单级放大器的局部反馈安排无法提供足够的反馈以产生现代无线电通信系统所要求的线性。因此，期望提供一个与现有吉尔伯特混频器相比能够以更高的线性工作的吉尔伯特混频器。特别地，期望提供具有改进的放大器反馈的吉尔伯特混频器，该反馈可以产生现代无线电通信系统所要求的增加的线性。专利技术概述简短来说，本专利技术针对用于提供改进线性的吉尔伯特混频器的方法和系统。本专利技术的吉尔伯特混频器包括一个耦合到高线性多级放大器上的传统混频器核。多级放大器包括两个或更多个在全局反馈安排中连接在一起的晶体管级。全局反馈为放大器提供与局部反馈安排相比更大的环路增益，因而增加了放大器的线性。另外，在放大器中有多个晶体管级可以更好地隔离RF输入信号和LO输入信号。而且，通过在多级放大器中提供并行输出级，可在几个混频器核共享反馈机制的同时从相同的源处驱动所述几个混频器核。通常，一方面，本专利技术针对混频器电路。混频器电路包括一个混频器核，该混频器核被配置为接收输入信号，并对本振信号和输入信号进行混频以产生经混频的输出信号。该混频器电路进一步包括一个耦合到混频器核并可以放大输入信号的多级放大器，该多级放大器至少包括一个第一晶体管级和一个第二晶体管级。全局反馈网络连接第一晶体管级和第二晶体管级，并被配置成提供从第一晶体管级到第二晶体管级的反馈。通常，另一方面，本专利技术针对改进混频器电路中的线性的方法。混频器电路包括一个混频器核，该混频器核被配置成接收输入信号，并对输入信号和本振信号进行混频以产生一个经混频的输出信号。所述方法包括将一个多级放大器耦合到混频器核，其中该多级放大器能够放大输入信号并且至少包括一个第一晶体管级和一个第二晶体管级。该方法进一步包括连接第一晶体管级和第二晶体管级之间的全局反馈网络。该反馈网络被配置成提供从第一晶体管级到第二晶体管级的反馈。通常，一方面，本专利技术针对可以下变频高频信号或上变频基带信号的无线电通信系统。该系统包括一个混频器电路，该混频器电路有一个混频器核，该混频器核被配置为接收输入信号，并对本振信号和输入信号进行混频以产生经混频的输出信号。一个多级放大器被耦合到混频器核并可以放大输入信号。该多级放大器至少包括一个第一晶体管级和一个第二晶体管级。一个全局反馈网络连接第一晶体管级和第二晶体管级，并被配置成提供从第一晶体管级到第二晶体管级的反馈。通常，另一方面，本专利技术针对一个吉尔伯特混频器，该混频器有一个混频器核，该混频器核被配置为接收输入信号，并对本振信号和输入信号进行混频以产生经混频的输出信号。一个放大器被耦合到混频器核并可以放大输入信号。该放大器至少包括一个第一晶体管级和一个第二晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个混频器电路，包括：一个混频器核，该混频器核被配置为接收输入信号，并对输入信号和本振信号进行混频以产生经混频的输出信号；一个耦合到所述混频器核并可以放大所述输入信号的多级放大器，所述多级放大器至少包括一个第一晶体管级和一个 第二晶体管级；和一个连接所述第一晶体管级和所述第二晶体管级的全局反馈网络，所述反馈网络被配置成提供从所述第一晶体管级到所述第二晶体管级的反馈。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S马蒂松，M维克隆，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]