[實(shí)用新型]混頻器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020548496.3
• 申請(qǐng)日: 2010-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201898478U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李琛;王勇;何波;皮常明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03D7/14
• 分類(lèi)號(hào): H03D7/14
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于射頻集成電路領(lǐng)域，涉及一種混頻器，具體為一種超低功耗、高線性度、低噪聲的混頻器。

背景技術(shù)

快速增長(zhǎng)的無(wú)線通信市場(chǎng)使得無(wú)線通信技術(shù)向著低成本、低功耗、高集成度的方向發(fā)展，其中功耗問(wèn)題尤為突出，在進(jìn)入0.13μm、90nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，單位面積上的功耗密度急劇上升，因此，功耗已經(jīng)成為集成電路中繼傳統(tǒng)兩個(gè)要素--速度、面積后的又一個(gè)關(guān)鍵要素。然而低功耗的要求勢(shì)必對(duì)電路設(shè)計(jì)提出了更多的挑戰(zhàn)。比如，許多收發(fā)機(jī)的應(yīng)用決定我們?cè)O(shè)計(jì)的芯片必須具備超低功耗的要求，但是，在集成電路設(shè)計(jì)中，低功耗的設(shè)計(jì)和芯片的性能是往往是一對(duì)折衷，例如在混頻器中，其噪聲系數(shù)、增益的優(yōu)化與功耗的要求往往是一對(duì)矛盾。因此，在集成電路芯片設(shè)計(jì)中，需要始終把超低功耗作為重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)考量，在確保系統(tǒng)性能的前提下實(shí)現(xiàn)超低功耗的要求。

混頻器(Mixer)是無(wú)線通信系統(tǒng)射頻接收機(jī)前端的關(guān)鍵模塊，在接收并下變頻信號(hào)的過(guò)程中起著關(guān)鍵性的作用。不同的接收機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)，包括外差結(jié)構(gòu)、直接下變頻結(jié)構(gòu)、低中頻結(jié)構(gòu)等都需要一個(gè)能將射頻(RF)頻率下變頻到基帶中頻(IF)頻率的電路模塊，這一關(guān)鍵電路模塊的功能由混頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此混頻器的增益、噪聲、線性度等都將直接影響著整個(gè)接收機(jī)的性能。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種常用混頻器的電路結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，其工作原理為：射頻端的射頻信號(hào)經(jīng)NMOS晶體管M4送至開(kāi)關(guān)管M2與M3，開(kāi)關(guān)管M2與M3將射頻信號(hào)與本征頻率信號(hào)(LO_P與LO_N)混頻后輸出中頻信號(hào)(IF_N?與IF_P)。

然而，由于上述混頻器如果需要達(dá)到較高的增益，勢(shì)必導(dǎo)致其功耗較高，不利于低功耗的集成電路設(shè)計(jì)，并且一個(gè)高性能的混頻器不僅需要具有足夠好的轉(zhuǎn)換增益，使得信號(hào)在下變頻的過(guò)程中同時(shí)被有效放大，而且需要具備足夠低的噪聲和線性度，使得混頻器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著優(yōu)越的性能貢獻(xiàn)，因此如何設(shè)計(jì)低功耗且具有更高線性度與更低噪聲的混頻器成為目前亟待解決的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的混頻器功耗較高的問(wèn)題，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種低功耗混頻器，其通過(guò)使上級(jí)預(yù)放大器與下級(jí)混頻器共用電源，可以在較低功耗下實(shí)現(xiàn)更大的增益，且本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了更低噪聲與更高線性度的目的。

為達(dá)上述及其它目的，本實(shí)用新型一種混頻器，至少包含：

混頻器主電路，采用上下級(jí)級(jí)聯(lián)的兩級(jí)混頻器結(jié)構(gòu)，包含連接一電源的上級(jí)預(yù)放大器與下級(jí)混頻器，該上級(jí)預(yù)放大器為上級(jí)結(jié)構(gòu)，用于對(duì)射頻端輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行放大后輸出至該下級(jí)混頻器，該下級(jí)混頻器為下級(jí)結(jié)構(gòu)，用于接收放大后的該射頻信號(hào)，并將其與本征頻率信號(hào)進(jìn)行混頻，轉(zhuǎn)換成雙端差分信號(hào)。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型混頻器還包括一中頻放大電路，其具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，用于接收該雙端差分信號(hào)進(jìn)行第二次放大，輸出雙端的中頻信號(hào)。

進(jìn)一步地，該兩級(jí)混頻器結(jié)構(gòu)為電流復(fù)用的上下級(jí)級(jí)聯(lián)的兩級(jí)混頻器結(jié)構(gòu)。

該上級(jí)預(yù)放大器與該下級(jí)混頻器的連接點(diǎn)為虛地點(diǎn)。

該上級(jí)預(yù)放大器進(jìn)一步包括漏極相接的PMOS晶體管與第一NMOS晶體管，該P(yáng)MOS晶體管源極接電源，該第一NMOS晶體管柵極連接該射頻端，源極與該下級(jí)混頻器連接。

進(jìn)一步地，該P(yáng)MOS晶體管與該第一NMOS晶體管的連接點(diǎn)通過(guò)一交流耦合電容連接至該下級(jí)混頻器。

進(jìn)一步地，該下級(jí)混頻器為單端轉(zhuǎn)雙端的吉爾伯特混頻器。

進(jìn)一步地，該下級(jí)混頻器進(jìn)一步包括第二NMOS晶體管、第一開(kāi)關(guān)管以及第二開(kāi)關(guān)管，該第二NMOS晶體管柵極與該交流耦合電容相接以接收放大后的該射頻信號(hào)，并通過(guò)漏極輸出至該第一開(kāi)關(guān)管與該第二開(kāi)關(guān)管，該第一開(kāi)關(guān)管與第二開(kāi)關(guān)管分別連接該本征頻率信號(hào)與該中頻放大電路的兩個(gè)輸入端，用于將該本征信號(hào)與放大后的射頻信號(hào)進(jìn)行混頻后形成該雙端差分信號(hào)輸出至該中頻放大電路。

進(jìn)一步地，該第一開(kāi)關(guān)管與該第二開(kāi)關(guān)管為NMOS晶體管，其漏極分別通過(guò)一負(fù)載連接至該上級(jí)預(yù)放大器，該第一開(kāi)關(guān)管與該第二開(kāi)關(guān)管的柵極分別接該本征頻率信號(hào)，漏極還連接至該中頻放大電路的兩輸入端。

進(jìn)一步地，該第一NMOS晶體管、該第一開(kāi)關(guān)管以及該第二開(kāi)關(guān)管均采用自偏置結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，該中頻放大電路為一運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器正輸入端接該第一開(kāi)關(guān)管漏極，負(fù)輸入端接該第二開(kāi)關(guān)管的漏極。

進(jìn)一步地，該第一開(kāi)關(guān)管與該第二開(kāi)關(guān)管的源極之間設(shè)置串連的第六電阻與第七電阻，該第六電阻與該第七電阻的連接點(diǎn)接至該第二NMOS晶體管漏極。