[發明專利]一種下變頻混頻器

在審

• 申請號: 201710293939.5
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107196607A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 張為;趙啟越
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H03D7/14
• 分類號: H03D7/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其涉及一種下變頻混頻器。

背景技術

在射頻接收機的設計中，混頻器位于低噪聲放大器之后，對低噪聲放大器放大后的信號進行下變頻處理，產生頻率較低的中頻信號以供后續的基帶處理。混頻器的設計應綜合考慮噪聲系數、轉換增益、線性度、端口隔離度以及功耗等指標。在射頻接收機中，混頻器的性能影響著整個系統的性能。混頻器的噪聲系數決定著接收機系統對低噪聲放大器的增益和噪聲的要求，對接收機系統靈敏度影響顯著，高轉換增益的混頻器可以改善系統的噪聲，混頻器線性度的好壞直接決定接收機的動態范圍。

混頻器分為無源混頻器和有源混頻器。無源混頻器由于沒有靜態電流流過開關混頻級，閃爍噪聲較小，且線性度較高，但缺點是無法提供轉換增益。一般需要在無源混頻器后接跨阻放大器，這會增加設計的復雜度、功耗、面積和成本。有源混頻器是利用有源器件實現混頻功能，雙平衡吉爾伯特混頻器是目前應用最廣泛的一種有源混頻器結構，它利用乘法功能實現混頻，雙平衡可以有效抑制干擾信號，它可以提供一定的轉換增益且端口隔離度較高，但線性度比較差，且噪聲相對較高。吉爾伯特混頻器的閃爍噪聲主要源于開關管的非理想工作和開關管源極寄生電容的充放電作用。

文獻[1]采用噪聲消除技術并引入電感與開關對共源節點電容諧振設計出一種低噪聲和高增益的下變頻混頻器，但線性度較差。文獻[2]采用正交反饋的跨導級結構提高混頻器的線性度，但增益較低。文獻[3]利用兩個工作于線性區的對稱MOS管基于新型全差分乘法器結構，實現高線性度，但功耗較大。由此可見，在通常的混頻器設計中，很難同時實現高增益、低噪聲和高線性度，并且相應的補償措施會帶來其他方面的性能損失。

參考文獻：

【1】王良坤,馬成炎,葉甜春.低噪聲和高增益CMOS下變頻混頻器設計[J].微電子學,2008,38(5):674-678.

【2】張云珠,翁強,吳建輝,等.高線性度的CMOS下變頻混頻器的設計[J].固體電子學研究與進展,2008,28(2):220-223.

【3】趙明劍,李斌,吳朝暉.新型高線性度雙平衡CMOS混頻器芯片的設計[J].華南理工大學學報(自然科學版),2013,41(5):28-33.

發明內容

本發明的目的在于提供一種下變頻混頻器，具有低噪聲、高增益、高線性度，同時兼顧合理的功耗，能夠用于射頻接收機前端。為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種下變頻混頻器，包括：輸入跨導單元、開關單元、電流注入單元、交叉耦合有源負載單元和尾電流源單元，其中，

尾電流源基于電流鏡結構為輸入跨導單元提供直流偏置，

輸入跨導單元將射頻電壓信號轉換為射頻電流信號，利用交叉耦合跨導增強技術提高電路等效跨導值提高增益，同時在跨導單元的兩條支路之間增加LC諧振回路降低閃爍噪聲；

開關單元對輸入跨導單元輸出的射頻電流信號通過電流換向進行調制；

交叉耦合有源負載單元用PMOS管交叉耦合對作為輸出負載；

差分中頻輸出電壓信號從開關單元和交叉耦合有源負載單元之間輸出。

優選地，所述輸入跨導單元包括：第七晶體管(M7)、第八晶體管(M8)、第九晶體管(M9)和第十晶體管(M10)；

其中，所述第九晶體管(M9)的柵極與第三電阻(R3)的第一端和射頻輸入端(RF+)連接；所述第十晶體管(M10)的柵極與第四電阻(R4)的第一端和射頻輸入端(RF-)連接；所述第九晶體管(M9)的源極與第十晶體管(M10)的源極和第十三晶體管(M13)的漏極連接。

所述開關單元包括：第三晶體管(M3)、第四晶體管(M4)、第五晶體管(M5)和第六晶體管(M6)；