[發明專利]一種低噪聲混頻器電路

有效

• 申請號: 201410293721.6
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104124923B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 郭本青;王慧芬;安士全
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 丁瑞瑞

技術領域

本發明屬于射頻集成電路領域，尤其涉及一種低噪聲混頻器電路。

背景技術

隨著CMOS工藝特征尺寸按比例縮小和電路技術的不斷改進，出現了越來越多的高性能、高集成度的無線射頻芯片(RFIC)，這些芯片已被廣泛應用各種制式無線通信系統，例如無線局域網(LAN)、無線多媒體和家庭無線控制系統的需求顯著增長。

混頻器是無線收發機中的一個重要模塊，能夠實現頻率搬移的功能，其性能決定著整個收發機的性能。根據噪聲級聯公式，如果接收機的第二級單元下變頻混頻器具備低噪聲特性，那么第一級單元低噪聲放大器可以省去以節約系統功耗，即可以把低噪聲放大器和混頻器融合在一起作為射頻接收前端使用。傳統的混頻器結構分為有源混頻器和無源混頻器。無源混頻器的線性度通常會高于有源混頻器，但是無源混頻器沒有轉換增益。相比之下，電流換向型有源混頻器具備轉換增益，并且工作可靠，端口隔離度好，但是其噪聲較高。

有源混頻器的噪聲主要來源于開關級的閃爍噪聲和射頻跨導級的熱噪聲。為了降低開關級的閃爍噪聲，通常的做法是采用如圖1所示的電流注入型有源混頻器(J.Park,C.H.Lee,B.-S.Kim,and?J.Laskar,“Design?and?analysis?of?low?flicker-noise?CMOS?mixers?for?direct-conversion?receivers,”IEEE?Trans.Microw.Theory?Tech.,vol.54,no.12,pp.4372–4380,Dec.2006.)。它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級的源極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。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消除技術以降低射頻跨導級的噪聲系數。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種將低噪聲放大器和混頻器融合的低噪聲混頻器電路，能夠直接作為射頻接收機前端工作，且具有低功耗、低噪聲、高增益的特點。

本發明是采用以下技術手段解決上述技術問題的：一種低噪聲混頻器電路，包括噪聲消除跨導輸入級、開關混頻級、和輸出負載級部分；其中所述噪聲消除跨導輸入級接收RF電壓信號，將RF電壓信號轉換為電流信號；開關混頻級由本振信號LO控制，對電流信號進行周期性換向，將頻率從射頻變換到中頻，完成頻率變換；輸出負載級，對高頻信號進行濾波抑制，并將相應的中頻信號轉換為輸出IF電壓信號。

進一步的，噪聲消除跨導輸入級為差分對稱結構，左右側結構完全相同，以左側為例，左側結構包括第一互補晶體管對Mn1和Mp1、第二互補晶體管對Mn2和Mp2、第三晶體管M3；

所述噪聲消除跨導輸入級中，第一互補晶體管對Mn1和Mp1的柵極作為射頻差分信號輸入，射頻差分信號為一電壓信號V_RF+，并且第二互補晶體管對Mn2和Mp2的柵極和第一互補晶體管對Mn1和Mp1的柵極連接在一起，第一互補晶體管對Mn1和Mp1的源極連接至交流地，晶體管Mn2的源極接地，晶體管Mp2的源極接電源V_DD，第一互補晶體管對Mn1和Mp1的漏極通過耦合電容連接到第三晶體管M3的源極，左右側結構中的第三晶體管M3共柵極，第三晶體管M3的源極通過電流源連接到地，同時第三晶體管M3的源極通過串聯的反饋電阻R_F、信號源電阻R_S和信號源V_S接地，第三晶體管M3的漏極連接到第二互補晶體管對Mn2和Mp2的漏極。

優化的，左側結構的第三晶體管M3的漏極通過電容連接到右側結構的晶體管Mn2的襯底，同樣的，右側結構的第三晶體管M3的漏極通過電容連接到左側結構的晶體管Mn2的襯底。

進一步的，所述開關混頻級包含4個開關晶體管M4、M5、M6、M7和左右側PMOS晶體管M8、M9，輸出負載為電阻R_L和電容C_L構成的IF濾波器；