[發(fā)明專利]一種低噪聲可變增益混頻器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210328545.6
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102832885A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉洋;楊帆;張小龍;吳洪天;于奇;孫明遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 盛明潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于射頻集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于接收機(jī)的射頻前端,是一種適用于多種無線通信標(biāo)準(zhǔn)的低噪聲混頻器，同時可實現(xiàn)在高增益和低增益兩種模式下切換工作，并且在低增益工作模式下可以節(jié)省功耗。

背景技術(shù)

通信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展加速了對射頻集成電路的設(shè)計需求，在國民需求以及市場環(huán)境的推動下，我國的射頻集成電路技術(shù)正在大踏步前進(jìn)。收發(fā)器是射頻領(lǐng)域中不可或缺的一部分，其重要性無法取代。混頻器作為接收機(jī)中的重要單元，是通信系統(tǒng)的重要組成成分之一，主要存在兩種將射頻信號轉(zhuǎn)換為中頻輸出信號的混頻器：有源混頻器和無源混頻器。相對有源混頻器而言，無源混頻器的優(yōu)點在于其無漏極電流、低噪聲系數(shù)、寬頻帶及更少的部件；缺點在于要求更高的本振輸入功率、負(fù)增益和高成本。

從工作頻帶和帶寬方面考慮，混頻器可以分為窄帶混頻器和寬帶混頻器，窄帶混頻器只能處理某一個頻段的射頻信號，在某些領(lǐng)域已不能滿足要求，例如軟件無線電領(lǐng)域，寬帶混頻器能處理多個頻段的射頻信號，能滿足多頻段通信標(biāo)準(zhǔn)。混頻器的主要性能指標(biāo)包括增益、噪聲、線性度等，這些指標(biāo)直接影響著整個通信系統(tǒng)的性能。

典型的混頻器如圖1所示，包括負(fù)載電阻R1、R2，NMOS晶體管M1、M2、M3，射頻信號RF經(jīng)M3放大后，本振信號LO+與LO-驅(qū)動M1和M2的柵極，這樣M1和M2完成頻率轉(zhuǎn)換，最終由電阻R1和R2得到中頻信號IF+、IF-。由于本振信號LO+和LO-產(chǎn)生的奇次諧波項出現(xiàn)在中頻輸出中，因此稱為單平衡混頻器。為了防止本振信號乘積項進(jìn)入輸出端，可以將兩個單平衡電路合在一起構(gòu)成一個雙平衡混頻器，如圖2所示，其工作原理與圖1相同，其相當(dāng)于兩個單平衡混頻器就本振信號而言連接成“反并聯(lián)”的，而對于射頻信號RF+和RF-來說是并聯(lián)的，因此本振信號在輸出的和為0，而變換后的射頻信號在輸出端加倍，這樣雙平衡混頻器提供了高度的本振信號至中頻信號的隔離，從而在輸出端減少了對濾波的要求。單平衡混頻器和雙平衡混頻器均為目前十分常用的混頻器，其雙邊帶噪聲系數(shù)典型值范圍從7dB至12dB或以上，其較大的噪聲需要前一級電路低噪聲放大器來抑制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)混頻器噪聲系數(shù)差以及增益為固定值的問題。在改善了噪聲特性的同時實現(xiàn)可變增益，這樣混頻器即可作為接收機(jī)的第一級電路。

本發(fā)明的核心思想是實現(xiàn)低噪聲以及可變增益的混頻器，并實現(xiàn)50歐姆的輸入匹配，這樣可以將混頻器作為接收機(jī)的第一級電路，同時混頻器工作在兩種不同增益模式，兩種工作模式之間的切換可通過開關(guān)控制來實現(xiàn)。根據(jù)工藝的經(jīng)驗參數(shù)，仿真時射頻端口加載寄生參數(shù)Lp=1nH，Cp=0.2pF，Lp、Cp分別為焊盤引入的鍵合線電感和寄生電容。

本發(fā)明的方案如圖3所示，本發(fā)明的低噪聲可變增益混頻器包括低噪聲輸入匹配級電路、頻率轉(zhuǎn)換級電路、電流分裂級電路、可變負(fù)載級電路、增益切換級電路。低噪聲輸入匹配級電路的輸入端接輸入信號Vin,?輸出端接輸頻率轉(zhuǎn)換級電路的輸入端,頻率轉(zhuǎn)換級電路的輸出為輸出信號Vout,?增益切換級電路的三個輸出端分別接可變負(fù)載級電路、低噪聲輸入匹配級電路、電流分裂級電路的一個輸入端囗;?電流分裂級電路的輸出接頻率轉(zhuǎn)換級電路的一個輸入端囗,信號從低噪聲輸入匹配級電路進(jìn)入,最終由頻率轉(zhuǎn)換級電路輸出,增益切換級電路同時控制可變負(fù)載級電路和電流分裂級電路的工作狀態(tài)，實現(xiàn)高增益模式和低增益模式，而電流分裂級電路用于減小頻率轉(zhuǎn)換級電路中的電流。低噪聲輸入匹配級電路具有較低的噪聲的同時也實現(xiàn)了輸入匹配，進(jìn)行輸入匹配的原因是將其作為接收機(jī)的第一級電路，輸入端直接與天線連接。頻率轉(zhuǎn)換級電路完成了射頻信號到中頻信號的轉(zhuǎn)換，如前面所述雙平衡混頻器在隔離特性方面較單平衡混頻器更有優(yōu)勢，因此本發(fā)明的混頻器采用雙平衡結(jié)構(gòu)，電流分裂級電路則是分得一部分電流緩解電阻壓降，可變負(fù)載級電路與增益切換級電路是為了實現(xiàn)混頻器的可變增益而設(shè)計的，通過一個控制端來切換兩種不同工作模式，當(dāng)輸入信號很弱時使用高增益模式，輸入信號較強(qiáng)時使用低增益模式，低增益模式下一般噪聲系數(shù)相對較差，但是由于較強(qiáng)的輸入信號一般具有更高的信噪比，因此對噪聲特性要求不高，同時本發(fā)明工作在低增益模式下的另外一個優(yōu)點是在一定程度上節(jié)省了功耗。

本發(fā)明所提出的低噪聲可變增益混頻器可以用于接收機(jī)的第一級電路，因此也可以有另一種理解方式，即低噪聲放大器和混頻器的合并，若按照這個思路理解，也屬于本發(fā)明的保護(hù)權(quán)利以內(nèi)。