[發明專利]一種低噪聲放大器和混頻器融合結構

有效

• 申請號: 201310361506.0
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103401508A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 吳建輝;劉杰;陳超;李紅;黃成
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16;H03F3/45
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及變頻接收機，尤其涉及一種低噪聲放大器和混頻器融合結構。

背景技術

在直接變頻接收機中，低噪聲放大器和混頻器作為接收機的前端電路，其性能對整個接收機具有極重要的影響。根據系統的級聯噪聲系數的公式，由低噪聲放大器和混頻器組成的前端電路應具有較低的噪聲系數和較高的增益以抑制后級電路的噪聲對整個接收鏈路噪聲系數的影響。然而降低低噪聲放大器的噪聲系數通常是以更高的功耗為代價的，這對家庭自動化、消費性電子產品等電池供電設備是一個巨大的挑戰。因此研究低噪聲、高增益、低功耗的射頻接收前端具有重要的意義，越來越多的設計者關注低噪聲放大器和混頻器融合結構。

傳統的混頻器結構分為有源混頻器和無源混頻器。無源混頻器中沒有靜態電流流過開關混頻級，這使其閃爍噪聲大大減小，且無源混頻器的線性度通常會高于有源混頻器，從而使得無源混頻器受到許多設計者的青睞。但是典型無源混頻器的跨阻放大級由帶有電阻負反饋的運算放大器組成，由于跨阻放大級要提供基帶低阻抗輸入節點，這使得運算放大器需要工作在較大的偏置電流之下以提供足夠高的基帶增益，增加了混頻器的功耗。相比之下，采用電流轉換的有源混頻器可以使用同一偏置電流完成以上任務，并且工作可靠，端口隔離度好，盡管這樣會引入較高的閃爍噪聲。

傳統吉爾伯特混頻器的噪聲主要來源于混頻開關級的閃爍噪聲和射頻跨導級的熱噪聲。為了降低混頻開關級的閃爍噪聲，通常的做法是采用放血電路，通過恒流源為跨導級提供大部分的偏置電流，從而降低流過開關管的直流電流，進而降低混頻開關級的閃爍噪聲。但這樣做的后果是在開關混頻級的源端引入較大的寄生電容，同時恒流源本身不提供增益卻引入噪聲。為了在降低混頻開關級的閃爍噪聲的同時盡量減少寄生電容的引入并提供較高的增益，可以將恒流源改為跨導級，即將電流源管改為射頻跨導管，提供更大的跨導。另外，為了進一步提高有源混頻器的噪聲性能，需要在射頻跨導級采用噪聲抵消技術以降低射頻跨導級的噪聲系數。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低噪聲放大器和混頻器融合結構，具有低噪聲、高增益、低功耗的特點，能夠直接作為射頻接收機前端工作。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：一種低噪聲放大器和混頻器融合結構，包含低噪聲跨導放大級、開關混頻級、電阻負載級。本發明的低噪聲放大器和混頻器融合結構的原理圖如圖1所示，詳細工作原理解釋如下：

其中，低噪聲跨導放大級分為兩部分，第一部分采用交叉耦合主從噪聲抵消技術，其主跨導管為第一NMOS管（M1）、第二NMOS管（M2），設其跨導分別為g_m1和g_m2，從跨導管為第三NMOS管（M3）、第四NMOS管（M4），設其跨導分別為g_m3和g_m4。主跨導管采用交叉耦合結構，其柵極和源極的射頻信號幅度相等、相位相反，使得主跨導管的等效跨導值分別為2g_m1和2g_m2，提高了跨導放大級的跨導值。第一部分整體采用主從噪聲抵消技術，主跨導管第一NMOS管（M1）的噪聲在第一NMOS管（M1）、第二NMOS管（M2）、第三NMOS管（M3）和第四NMOS管（M4）所在支路產生的噪聲電流分別為i_n1、i_n2、i_n3和i_n4。因為噪聲電流i_n1與i_n2、i_n3和i_n4都源自第一NMOS管（M1）的噪聲，所以四者相干。通過選擇合適的g_m3和g_m4值，可以使得i_n1+i_n3＝i_n2+i_n4,由于電路結構為差分結構，則在輸出端第一NMOS管（M1）的噪聲被抵消。同理可得，第二NMOS管（M2）的噪聲在輸出端也被抵消。