混频器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种混频器，至少包括：混频器主电路，其中混频器主电路在电流复用基础上采用上下级级联的两级混频器结构，本实用新型专利技术的混频器主电路由于采用了电流复用方法，使上下两级共用一个电流，因此在相同的功耗下能够提供更大的增益和更小的噪声，本实用新型专利技术还通过一中频放大电路对下变频后的信号进行第二次放大，以保证增益性能，同时提高线性度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于射频集成电路领域，涉及一种混频器，具体为一种超低功耗、高线 性度、低噪声的混频器。
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、高集成度的方 向发展，其中功耗问题尤为突出，在进入0. 13 μ m、90nm技术节点后，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一速度、面积后的又一个关 键要素。然而低功耗的要求势必对电路设计提出了更多的挑战。比如，许多收发机的应用 决定我们设计的芯片必须具备超低功耗的要求，但是，在集成电路设计中，低功耗的设计和 芯片的性能是往往是一对折衷，例如在混频器中，其噪声系数、增益的优化与功耗的要求往 往是一对矛盾。因此，在集成电路芯片设计中，需要始终把超低功耗作为 重要的设计指标来 考量，在确保系统性能的前提下实现超低功耗的要求。混频器(Mixer)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、 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。图1为现有技术中一种常用混频器的电路结构图，如图1所示，其工作原理为射 频端的射频信号经NMOS晶体管M4送至开关管M2与M3，开关管M2与M3将射频信号与本征 频率信号(L0_P与L0_N)混频后输出中频信号(IF_N与IF_P)。然而，由于上述混频器如果需要达到较高的增益，势必导致其功耗较高，不利于低 功耗的集成电路设计，并且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，因此如何设计低功耗且具有更高线性度与更低噪声的混 频器成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的混频器功耗较高的问题，本技术的主要目的在于 提供一种低功耗混频器，其通过使上级预放大器与下级混频器共用电源，可以在较低功耗 下实现更大的增益，且本技术实现了更低噪声与更高线性度的目的。为达上述及其它目的，本技术一种混频器，至少包含混频器主电路，采用上下级级联的两级混频器结构，包含连接一电源的上级预放 大器与下级混频器，该上级预放大器为上级结构，用于对射频端输入的射频信号进行放大 后输出至该下级混频器，该下级混频器为下级结构，用于接收放大后的该射频信号，并将其 与本征频率信号进行混频，转换成双端差分信号。进一步地，本技术混频器还包括一中频放大电路，其具有两个输入端和两个 输出端，用于接收该双端差分信号进行第二次放大，输出双端的中频信号。进一步地，该两级混频器结构为电流复用的上下级级联的两级混频器结构。该上级预放大器与该下级混频器的连接点为虚地点。该上级预放大器进一步包括漏极相接的PMOS晶体管与第一 NMOS晶体管，该PMOS 晶体管源极接电源，该第一 NMOS晶体管栅极连接该射频端，源极与该下级混频器连接。进一步地，该PMOS晶体管与该第一 NMOS晶体管的连接点通过一交流耦合电容连 接至该下级混频器。进一步地，该下级混频器为单端转双端的吉尔伯特混频器。进一步地，该下级混频器进一步包括第二 NMOS晶体管、第一开关管以及第二开关 管，该第二 NMOS晶体管栅极与该交流耦合电容相接以接收放大后的该射频信号，并通过漏 极输出至该第一开关管与该第二开关管，该第一开关管与第二开关管分别连接该本征频率 信号与该中频放大电路的两个输入端，用于将该本征信号与放大后的射频信号进行混频后 形成该双端差分信号输出至该中频放大电路。进一步地，该第一开关管与该第二开关管为NMOS晶体管，其漏极分别通过一负载 连接至该上级预放大器，该第一开关管与该第二开关管的栅极分别接该本征频率信号，漏 极还连接至该中频放大电路的两输入端。进一步地，该第一 NMOS晶体管、该第一开关管以及该第二开关管均采用自偏置结 构。进一步地，该中频放大电路为一运算放大器，该运算放大器正输入端接该第一开 关管漏极，负输入端接该第二开关管的漏极。进一步地，该第一开关管与该第二开关管的源极之间设置串连的第六电阻与第七 电阻，该第六电阻与该第七电阻的连接点接至该第二 NMOS晶体管漏极。进一步地，该上级预放大器与该下级混频器的连接点还连接一电容。与现有技术相比，本技术一种混频器，其通过采用上下级联的两级电流复用 结构，达到了在较低功耗下实现更大增益的目的，并且，本技术通过预放大器提高了混 频器的增益，并减小了下级混频器及后级电路的噪声，实现了更低噪声设计，而且该预放大 器不需要消耗额外的电流，大幅节省了功耗，同时本技术通过引入两个源简并电阻，达 到了在不增加电路功耗的前提下提高混频器线性度的目的。附图说明图1为现有技术混频器的电路结构图；图2为本技术混频器较佳实施例的电路图；图3为本技术混频器包括中频放大电路的电路图；图4为本技术混频器电路版图。具体实施方式以下通过特定的具体实例并结合附图说明本技术的实施方式，本领域技术人 员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本技术的其它优点与功效。本技术亦可 通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本技术的精神下进行各种修饰与变更。图2为本技术混频器较佳实施例的电路结构图。如图1所示，本技术一种 混频器，至少包括混频器主电路21，其中，混频器主电路21在电流复用基础上采用上下级 联的两级混频器结构，其上级结构为一连接电源的上级预放大器23，下级结构为下级混频 器24，其中上级预放大器23与下级混频器24共用该电源，上级预放大器23用于对射频端 输入的射频信号RF_IN进行放大，并将放大后的射频信号输出至下级混频器24，下频混合 器24用于将经上级预放大器23放大后的射频信号与其接收的本征频率信号进行混频，并 完成单端转换双端的操作，同时将转换成双端的双端差分信号(混频信号)输出。当然，为 使本技术混频器具备更加好的线性度，本技术混频器还可包括中频放大电路22， 如图3所示，中频放大电路22具有两个输入端与两个输出端，用于接收双端差分信号将双 端的混频信号进行第二次放大，并输出中频输出信号，以保证增益性能及提高线性度。请继续参照图2及图3，在本技术较佳实施例中，上级预放大器23包括漏极 相接的PMOS晶体管M2与第一 NMOS晶体管M1，其中PMOS晶体管M2，源极接电源，栅极接恒 定电压源，第一 NMOS晶体管Ml采用自偏置结构，其栅极与漏极间接第一电阻R1，并且，Ml 的栅极连接射频端以接收输入的射频信号RF_IN，第一 NMOS晶体管Ml的源极与下级混频 器24连接，其与下级混频器24的连接点P为一虚地点，通过该虚地点本技术混频器巧 妙实现了电流复用，最大限度地利用了混频器的电流和功耗，当然，为保证虚地端的效果， 连接点P可以选择性地接芯片外部大电容，如通过一电容Cp接地。PMOS晶体管M2与第一 NMOS晶体管Ml本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种混频器，其特征在于，至少包含：混频器主电路，采用上下级级联的两级混频器结构，包含连接一电源的上级预放大器与下级混频器，该上级预放大器为上级结构，用于对射频端输入的射频信号进行放大后输出至该下级混频器，该下级混频器为下级结构，用于接收放大后的该射频信号，并将其与本征频率信号进行混频，转换成双端差分信号输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李琛，王勇，何波，皮常明，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31