一种双平衡混频器电路、集成电路及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种双平衡混频器电路、集成电路及其实现方法，其中双平衡混频器电路包括：输入电路，用于根据输入电压，生成共模电流，并将共模电流输出给吉尔伯特混频电路；吉尔伯特混频电路，用于将外部输入的差分射频信号对和差分本振信号对混频，生成混频差分电流信号对；负载电路，用于将吉尔伯特混频电路输出的混频差分电流信号对，通过一负载晶体管对转化为混频差分电压信号对。本发明专利技术利用负载晶体管替代常规的负载电阻，将混频差分电流信号对转换为混频差分电压信号对，提升输出电压的放大倍数，提高电路的电压裕度；还能通过源极跟随器生成两种不同直流分量的混频差分电压信号，减少电路面积，增加电路的应用范围。增加电路的应用范围。增加电路的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种双平衡混频器电路、集成电路及其实现方法


[0001]本专利技术涉及射频集成电路领域，具体涉及一种双平衡混频器电路。

技术介绍

[0002]随着纳米工艺技术的不断发展进步，低功耗高性能成为当前双平衡混频器的设计难点。传统的双平衡混频器采用电流源共模偏置和电阻负载。所采用的电流源共模偏置，在实现时需要一个电流源偏置网络，这不仅增加了很多功耗，还无法抵抗电源噪声对放大单元的影响。所采用的电阻负载，当输入对管跨导很大时，就会在输出节点产生很高的电压降，这不仅使得电路很难做到高电压增益，还使得输出电压裕度很小，电路鲁棒性不好。因此合理设计一种低功耗高性能双平衡混频器具有重要意义。

技术实现思路

[0003]为了解决传统双平衡混频器电路功耗高、电压增益低等技术问题，本专利技术提供双平衡混频器电路、集成电路及其实现方法。
[0004]具体的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种双平衡混频器电路，包括：
[0006]输入电路，用于根据输入电压，生成共模电流，并将所述共模电流输出给吉尔伯特混频电路；
[0007]所述吉尔伯特混频电路，包括一吉尔伯特单元，用于将外部输入的差分射频信号对和差分本振信号对进行混频，生成混频差分电流信号对；
[0008]负载电路，用于将所述吉尔伯特混频电路输出的所述混频差分电流信号对，通过一负载晶体管对转化为混频差分电压信号对。
[0009]本实施方法利用输入电路和吉尔伯特混频电路生成混频差分电流信号对，并使用负载晶体管替代常规的负载电阻，提升了输出电压的放大倍数。
[0010]在一些双平衡混频器电路的实施方法，
[0011]所述负载电路，包括：第一负载晶体管M8、第二负载晶体管M9、第一共模反馈电阻R2和第二共模反馈电阻R3；其中：
[0012]所述第一负载晶体管M8的漏极与所述吉尔伯特混频电路的第一输出端电连接，所述第二负载晶体管M9的漏极与所述吉尔伯特混频电路的第二输出端电连接，所述第一负载晶体管M8的源极和所述第二负载晶体管M9的源极均接地；
[0013]所述第一共模反馈电阻R2的第一端与所述吉尔伯特混频电路的第一输出端电连接，所述第一共模反馈电阻R2的第二端与所述第二共模反馈电阻R3的第一端电连接，所述第二共模反馈电阻R3的第二端与所述吉尔伯特混频电路的第二输出端电连接，所述第一共模反馈电阻R2与所述第二共模反馈电阻R3的连接中间点分别与所述第一负载晶体管M8的栅极、以及所述第二负载晶体管M9的栅极电连接。
[0014]本实施方法提供了负载电路中负载晶体管对和两个共模反馈电阻在电路中的连
接结构，这两个共模反馈电阻为负载晶体管对直接提供了栅极电压，无需额外电源提供栅极电压，节约了电路的能耗。
[0015]在一些双平衡混频器电路的实施方法，
[0016]所述吉尔伯特混频电路中的吉尔伯特单元包括三对差分对管，分别为：第一射频差分输入管M0和第二射频差分输入管M1；第一本振差分输入管M2、第二本振差分输入管M4；以及第三本振差分输入管M3、第四本振差分输入管M5；其中：
[0017]其中，所述第一射频差分输入管M0的栅极作为正向差分射频信号的输入端，所述第二射频差分输入管M1的栅极作为反向差分射频信号的输入端；所述第一射频差分输入管M0的源级、所述第二射频差分输入管M1的源极均与所述输入电路的输出端电连接；所述第一射频差分输入管M0的漏极分别与所述第一本振差分输入管M2的源极、所述第二本振差分输入管M4的源极电连接，所述第二射频差分输入管M1的漏极分别与所述第三本振差分输入管M3的源极、所述第四本振差分输入管M5的源极电连接；所述第一本振差分输入管M2的栅极、以及所述第四本振差分输入管M5的栅极均输入正向差分本振信号；所述第二本振差分输入管M4的栅极和所述第三本振差分输入管M3的栅极均输入反向差分本振信号；所述第一本振差分输入管M2的漏极和所述第三本振差分输入管M3的漏极电连接，作为所述吉尔伯特混频电路的第一输出端，所述第二本振差分输入管M4的漏极和所述第四本振差分输入管M5的漏极电连接，作为所述吉尔伯特混频电路的第二输出端。
[0018]本实施方法吉尔伯特混频电路中的吉尔伯特单元所包含的晶体管的连接结构。
[0019]在一些双平衡混频器电路的实施方法，所述吉尔伯特混频电路的两个输出端输出的混频差分电流信号对在所述负载电路的作用下生成混频差分电压信号对；其中：
[0020]所述混频差分电压信号对相对于所述差分射频信号对的变频放大倍数A
v_ls
为：
[0021][0022]其中，μ
n
是载流子迁移率，C
OX
是晶体管单位面积的栅氧化层电容，W/L是所述第一射频差分输入管M0或所述第二射频差分输入管M1的宽长比，λ是所述第一负载晶体管M8或第二负载晶体管M9的沟道长度调制系数，I
C
是所述共模电流的电流值；所述第一射频差分输入管M0的宽长比与所述第二射频差分输入管M1的宽长比一致，所述第一负载晶体管M8与所述第二负载晶体管M9的沟道长度调制系数一致。
[0023]本实施方法提供了当前电路混频差分电压信号的放大倍数，仅与共模电流成反比，能够通过调整输入电压或输入电路中的电阻，减少共模电流，达到双平衡混频器输出电压高增益的目的。
[0024]在一些双平衡混频器电路的实施方法，
[0025]所述负载电路还包括源极跟随器，所述源极跟随器用于根据输入的所述混频差分电压信号对，输出源极跟随差分电流信号对，并通过负载电阻将所述源极跟随差分电流信号对转换为源极跟随差分电压信号对；
[0026]所述源极跟随差分电压信号对相对于所述差分射频信号对的变频放大倍数A
v
为：
[0027][0028]其中，g
m
是第一源极跟随器差分输入晶体管M6或第二源极跟随器差分输入晶体管M7的跨导，R是第一负载电阻R0或第二负载电阻R1的阻值，且所述第一负载电阻R0与第二负载电阻R1的阻值相同。
[0029]本实施方法提供了混频差分电流信号对在源极跟随器的作用下，输出的源极跟随差分电压信号对的变频放大倍数近似于混频差分电压信号的变频放大倍数，源极跟随差分电压信号对中的直流电压分量会因源极跟随器中的M6、M7压降造成电压平移。通过生成两个直流分量不同的混频差分电压信号对，增强电路鲁棒性，且使用源极跟随器实现电路双输出，也减少了电路面积，增大了电路的应用范围。
[0030]在一些双平衡混频器电路的实施方法，所述负载电路包括：第一负载晶体管M8、第二负载晶体管M9、第一共模反馈电阻R2、第二共模反馈电阻R3；以及一源级跟随器；且所述源极跟随器包括：所述第一源极跟随器差分输入晶体管M6、所述第二源极跟随器差分输入晶体管M7、所述第一负载电阻R0、所述第二负载电阻R1；其中：
[0031]所述第一负载晶体管M8的漏极与所述吉尔伯特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双平衡混频器电路，其特征在于，包括：输入电路，用于根据输入电压，生成共模电流，并将所述共模电流输出给吉尔伯特混频电路；所述吉尔伯特混频电路，包括一吉尔伯特单元，用于将外部输入的差分射频信号对和差分本振信号对进行混频，生成混频差分电流信号对；负载电路，用于将所述吉尔伯特混频电路输出的所述混频差分电流信号对，通过一负载晶体管对转化为混频差分电压信号对。2.根据权利要求1所述的一种双平衡混频器电路，其特征在于，所述负载电路，包括：第一负载晶体管M8、第二负载晶体管M9、第一共模反馈电阻R2和第二共模反馈电阻R3；其中：所述第一负载晶体管M8的漏极与所述吉尔伯特混频电路的第一输出端电连接，所述第二负载晶体管M9的漏极与所述吉尔伯特混频电路的第二输出端电连接，所述第一负载晶体管M8的源极和所述第二负载晶体管M9的源极均接地；所述第一共模反馈电阻R2的第一端与所述吉尔伯特混频电路的第一输出端电连接，所述第一共模反馈电阻R2的第二端与所述第二共模反馈电阻R3的第一端电连接，所述第二共模反馈电阻R3的第二端与所述吉尔伯特混频电路的第二输出端电连接，所述第一共模反馈电阻R2与所述第二共模反馈电阻R3的连接中间点分别与所述第一负载晶体管M8的栅极、以及所述第二负载晶体管M9的栅极电连接。3.根据权利要求2所述的一种双平衡混频器电路，其特征在于，所述吉尔伯特混频电路中的吉尔伯特单元包括三对差分对管，分别为：第一射频差分输入管M0和第二射频差分输入管M1；第一本振差分输入管M2、第二本振差分输入管M4；以及第三本振差分输入管M3、第四本振差分输入管M5；其中：其中，所述第一射频差分输入管M0的栅极作为正向差分射频信号Ip_rf的输入端，所述第二射频差分输入管M1的栅极作为反向差分射频信号In_rf的输入端；所述第一射频差分输入管M0的源级、所述第二射频差分输入管M1的源极均与所述输入电路的输出端电连接；所述第一射频差分输入管M0的漏极分别与所述第一本振差分输入管M2的源极、所述第二本振差分输入管M4的源极电连接，所述第二射频差分输入管M1的漏极分别与所述第三本振差分输入管M3的源极、所述第四本振差分输入管M5的源极电连接；所述第一本振差分输入管M2的栅极、以及所述第四本振差分输入管M5的栅极均输入正向差分本振信号Ip_lo；所述第二本振差分输入管M4的栅极和所述第三本振差分输入管M3的栅极均输入反向差分本振信号In_lo；所述第一本振差分输入管M2的漏极和所述第三本振差分输入管M3的漏极电连接，作为所述吉尔伯特混频电路的第一输出端，所述第二本振差分输入管M4的漏极和所述第四本振差分输入管M5的漏极电连接，作为所述吉尔伯特混频电路的第二输出端。4.根据权利要求3所述的一种双平衡混频器电路，其特征在于，所述吉尔伯特混频电路的两个输出端输出的混频差分电流信号对在所述负载电路的作用下生成混频差分电压信号对；其中：所述混频差分电压信号对相对于所述差分射频信号对的变频放大倍数A
v_ls
为：
其中，μ
n
是载流子迁移率，C
OX
是晶体管单位面积的栅氧化层电容，W/L是所述第一射频差分输入管M0或所述第二射频差分输入管M1的宽长比，λ是所述第一负载晶体管M8或第二负载晶体管M9的沟道长度调制系数，I
C
是所述共模电流的电流值；所述第一射频差分输入管M0的宽长比与所述第二射频差分输入管M1的宽长比一致，所述第一负载晶体管M8与所述第二负载晶体管M9的沟道长度调制系数一致。5.根据权利要求1所述的一种双平衡混频器电路，其特征在于，所述负载电路包括：第一负载晶体管M8、第二负载晶体管M9、第一共模反馈电阻R2、第二共模反馈电阻R3；以及一源级跟随器；且所述源极跟随器包括：所述第一源极跟随器差分输入晶体管M6、所述第二源极跟随器差分输入晶体管M7、所述第一负载电阻R0、所述第二负载电阻R1；其中：所述第一负载晶体管M8的漏极与所述吉尔伯特混频电路的第一输出端电连接，所述第二负载晶体管M9的漏极与所述吉尔伯特混频电路的第二输出端电连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立人，
申请(专利权)人：上海韬润半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：