[發明專利]頻率轉換

無效

• 申請號: 201010294370.2
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102035474A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 赫爾本·威廉·德瓊;約翰內斯·胡伯圖斯·安托尼奧斯·布雷克爾曼斯
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H03D7/00
• 分類號: H03D7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及采用有源吉爾伯特(Gilbert)混頻器的低噪聲頻率轉換，具體地涉及用于執行這種頻率轉換的電路。

背景技術

集成的有源吉爾伯特混頻器典型地需要混頻器輸出端處的DC偏置電流源。DC偏置電流源還連接至IF放大器輸入端，并且形成低頻噪聲的重要來源，使得所接收的信號的信噪比(SNR)劣化。

圖1中示出了形成混頻器電路100的一部分的有源吉爾伯特混頻器102的實例。混頻器電路100包括與吉爾伯特混頻器102相連接的電壓至電流轉換器101。電壓至電流轉換器101包括其源極連接在電阻器Rss兩端并且經由相應的電流源104a、104b連接至電壓電源線Vss的一對NMOS晶體管103a、103b，各自通過晶體管103a、103b提供偏置電流Is。晶體管103a、103b的柵極連接至RF差分輸入信號的兩個二分之一信號，即RF+、RF-，并且漏極連接至吉爾伯特混頻器102。

吉爾伯特混頻器102包括兩對NMOS晶體管105a、105b&106a、106b，每一對具有連接至電壓至電流轉換器101中的相應的晶體管103a、103b的漏極的公共源極。成對的晶體管105a、105b&106a、106b的柵極連接至差分輸入信號的兩個二分之一信號LO+、LO-，其中連接至輸入信號的每一個二分之一信號LO+、LO-的柵極還連接在一起。LO信號可以是通過耦合電容器施加到混頻器102的LO+、LO-端子的高頻信號。

晶體管105a、105b、106a、106b的漏極連接為提供差分中頻輸出IF+、IF-。

諧波抑制混頻器可以采用并聯連接的多個硬切換有源吉爾伯特混頻器，以近似正弦有效混頻波形。諧波抑制混頻器有利地用于寬帶無線電收發機中，如軟件無線電[3]。減少的諧波響應允許省去RF濾波，因而允許更好的集成。所謂的混頻DAC包括單元混頻器的可編程陣列，構成了諧波抑制混頻器[4]的靈活且可編程實現。圖2示出了諧波抑制混頻器200的一個實例。

圖2中的混頻器是10比特混頻DAC的實例，該10比特混頻DAC使用5比特溫度計部分201以及5比特二進制部分202，結果總共36個混頻器單元。構成溫度計單元201的混頻器203_1-31具有相等的權重，而構成二進制部分202的混頻器單元203_32-36分別具有輸入RF信號的1/2、1/4、1/8、1/16和1/32的權重。來自混頻器單元203_1-36中的每一個的輸出信號連接至總和放大器204，通過放大器204提供輸出信號IFout。圖3示出了從這種混頻器產生的一個示例性的有效混頻波形301，該波形是對正弦信號的高度量化近似。

與無源切換混頻器相比，有源吉爾伯特混頻器在(1/f)噪聲和互調制方面容易具有某種程度的不良性能。

有源混頻器級典型地包括電壓至電流轉換器101(還已知為跨導放大器)以及吉爾伯特混頻器102，如圖1所示。由于電壓至電流轉換器101和混頻器102堆疊，這些模塊可以共用由兩個電流源104a、104b確定的相同的DC偏置2×Is。采用電阻器，或者更優選地，采用跨阻放大器(trans-impedance?amplifier)401，混頻器IF輸出電流可以轉換為輸出電壓，其實例如圖4中的混頻器400所示，包含圖1中的電壓至電流轉換器101和吉爾伯特混頻器102。電壓至電流轉換器101可能需要在比吉爾伯特混頻器102更高的DC偏置電流下工作。這可以實現如下：借助于連接在電源VDD和電壓至電流轉換器晶體管的漏極之間的兩個可選的附加電流源403a、403b提供附加的DC偏置電流。跨阻放大器401包括差分運算放大器403，在每一條輸入和輸出線之間連接有反饋電阻器Rfb和電容器Cfb。

跨阻放大器提供了低輸入阻抗，從而減少了混頻器輸出端處的電壓擺動，并且有益于改進的信號處理。由于尺寸和提供集成電感器的相應成本，不優選的是采用調整為IF頻率以將混頻器輸出電流轉換成輸出電壓的并聯諧振LC諧振器。為了防止抑制IF信號以及為了防止跨阻放大器401的噪聲升高，電流源402a、402b在IF輸出端子IF+和IF-處所提供的DC偏置應當在IF頻率處具有高阻抗。

成對的電流源402a、402b提供電流ID，優選地與共模控制環相結合地工作，如圖5中的電路500所示。可以考慮不同的方式來實現DC偏置電流，其中之一是借助于一對退化的(degenerated)PMOS晶體管601a、601b，如圖6中的電路600所示。