[發明專利]一種帶有直流偏置轉換結構的CMOS上變頻電路

有效

• 申請號: 201410531130.8
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104333330A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 張鐵笛;王磊;鄒盼希;徐銳敏
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于電子通信技術領域，具體涉及一種帶有直流偏置轉換結構的CMOS上變頻電路。

背景技術

互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管是一種電壓控制電流器件。由于其集成度高、成本低、工藝成熟等優秀特性，現已成為設計邏輯電路及高頻模擬電路的首要工藝選擇。并且近幾年來由于工藝的不斷提升，溝道長度的不斷減小，使得器件工作速度不斷攀升，能夠在更高的頻率上獲得了廣泛的使用。正是這種優秀的特性使得其在對高集成度要求愈發苛刻的收發系統中獲得了極高的市場占有率。

CMOS晶體管隨著源—漏、源—柵偏置電壓的不同工作區域可以分為截止區，線性區以及飽和區三種，在絕大多數應用中，為了滿足系統的線性度及溫度工藝穩定性，晶體管常常被選擇工作在飽和區，在該區域中，晶體管的驅動電流Id由如下等式得到

Id=12k(Vgs-Vth)2]]>

其中μ_eff表示構成晶體管溝道的半導體薄膜的場效應遷移率，Cox表示晶體管的柵絕緣層的電容，W表示晶體管的溝道寬度，L表示晶體管的溝道長度。Vgs表示柵源電壓差，Vth表示晶體管的閾值電壓，需要注意的是，當NFET的襯底電壓小于源極電壓時，會產生影響晶體管特性的體效應，這種效應可以通過對Vth進行修改得以描述，修改得到的公式如下所述

VTH=VTH0+γ(|2φF+VSB|-|2φF|)]]>

該公式中，V_TH0為源襯電勢差為0時候的閾值電壓，γ為體效應系數，V_SB是源襯電勢差，φ_F則是一個與摻雜濃度有關的工藝參數。

典型的發射系統原理圖如圖1所示，Gilbert上變頻混頻器原理圖如圖2所示。在發射機結構中，進入混頻器的中頻信號是由DAC產生并由濾波器濾除雜波產生，為了防止大信號輸出的時候可能出現的信號“削頂失真”的現象，其直流偏置往往選擇處于供電電壓的一半左右以達到最優解。但是對于混頻器，尤其是CMOS工藝中應用最廣泛的Gilbert混頻器而言，這樣高的直流偏置進入跨導管往往會造成混頻管的電壓裕度不足從而影響混頻器的工作狀態，所以必須要對中頻信號進行無失真的直流偏置電壓轉換以滿足混頻器的需求。

在傳統的直流偏置電壓轉換的措施中，往往有兩種可供選擇，第一種是通過電容隔直并重新加電的方式進行電壓轉換；另一種是通過源極跟隨器將高電平變為低電平。但是考慮到實際應用中發射機的中頻信號往往是低頻信號，在單片設計中難以使用大電容對其進行隔直所以第一方案并不可行。第二方案雖然在理論可行但是當中頻信號較大的時候，高幅度的信號會對下方電流源中的晶體管的漏—源工作電壓進行壓縮，從而造成偏置電流不穩，電路工作狀態發生改變。

發明內容

為解決現有的發射機結構中存在的前端數字低頻信號偏置與上變頻器混頻電路所需中頻信號偏置難以協調的問題，本發明提供一種帶有直流偏置轉換結構的CMOS上變頻電路。

技術方案一：