[發明專利]基于CMOS技術的混頻器

在審

• 申請號: 201711006892.6
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107659271A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 李正軍
• 申請（專利權）人: 成都西井科技有限公司
• 主分類號: H03D7/14
• 分類號: H03D7/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 李朝虎

技術領域

本發明涉及CMOS集成電路領域，具體涉及基于CMOS技術的混頻器。

背景技術

混頻器主要功能是完成系統的頻率轉換功能，上變頻器一般應用在無線發射機系統，其功能是將低頻信號轉換為高頻信號，是發射機中重要的組成部分，線性度、變頻增益、噪聲和功耗等是混頻器的關鍵性能參數，直接影響著整個發射機的性能。這些性能參數之間互相影響互相制約，如何尋求一個對所在系統最優的，最滿足系統性能要求的方案，成為了人們關心的問題。目前，無線通信設備正朝著重量輕，體積小，功耗低，成本低的方向迅速發展，對于導航接收機等便攜式電子設備，也需要低電壓低功耗電路來延長電池的使用壽命，并減小系統散熱帶來的壓力，以保證系統長時間的穩定工作。

目前使用最為廣泛的是雙平衡Gilbert混頻器，傳統的吉爾伯特混頻器廣泛應用于上混頻器的設計中，但傳統的混頻器具有以下缺點：

1.直流電流流過跨導級、開關級、負載級和尾電流部分。除開跨導級、開關級之外，負載級和尾電流也需要消耗一定的直流壓降，因而需要較高的電源電壓。

2.功耗大，為了使混頻器達到一定的增益和改善線性度，需要增大電流，這樣功耗也隨之增大。此外，開關級電流增大，會增大開關級的噪聲貢獻；負載級的電流增大，會消耗電壓裕度，也會增加電阻的噪聲貢獻。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有的混頻器需要較高的電源電壓，并且功耗和噪聲較大，目的在于提供基于CMOS技術的混頻器，解決上述問題。

本發明通過下述技術方案實現：

基于CMOS技術的混頻器，包括負載級單元、開關級單元和跨導級單元；所述負載級單元、開關級單元和跨導級單元依次連接；所述負載級單元包括第一電感L1、第七電容C7、第二電感L2、第八電容C8、第五電容C5和第六電容C6；所述L1的一端、C7的一端和C5的一端共節點，且L1的另一端和C7的另一端連接電源VDD，C5的另一端連接輸出端正極RF+；所述L2的一端、C8的一端和C6的一端共節點，且L2的另一端和C8的另一端連接電源VDD，C6的另一端連接輸出端負極RF-。

現有技術中，傳統的混頻器具有以下缺點：1.直流電流流過跨導級、開關級、負載級和尾電流部分。除開跨導級、開關級之外，負載級和尾電流也需要消耗一定的直流壓降，因而需要較高的電源電壓。2.功耗大，為了使混頻器達到一定的增益和改善線性度，需要增大電流，這樣功耗也隨之增大。此外，開關級電流增大，會增大開關級的噪聲貢獻；負載級的電流增大，會消耗電壓裕度，也會增加電阻的噪聲貢獻。

本發明應用時，L1和C7構成LC振蕩電路，L2和C8構成LC振蕩電路，從而為負載級單元提供了良好的阻抗，從而提高了增益，并且減少了其他無用諧波對輸出信號的影響，進而取出了傳統混頻器的尾電流，避免了尾電流的直流降壓，從而減小了電壓到地的直流壓降，減少了功耗。本發明通過布置上述電路元器件，降低了所需電源電壓，并且降低了功耗，從而降低了電阻的噪聲。

進一步的，所述開關級單元包括第三電阻R3、第四電阻R4、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第三電容C3和第四電容C4；所述M4的柵極、M5的柵極、R3的一端和C4的一端共節點，且R3的另一端連接第二偏置電壓Vb2，C4的另一端連接本振輸入負極L0-；所述M6的柵極、M3的柵極、R4的一端和C3的一端共節點，且R4的另一端連接Vb2，C3的另一端連接本振輸入正極L0+；M3的源極和M4的源極連接，M5和M6的源極連接；所述M3的漏級和M5的漏級連接于C5遠離RF+的一端，所述M4的漏級和M6的漏級連接于C6遠離RF-的一端。

再進一步的，所述跨導級單元包括第一電容C1、第一電阻R1、第二電阻R2、第二電容C2、第一MOS管M1和第二MOS管M2；所述C1的一端、R1的一端和M1的柵極共節點，且C1的另一端連接差分輸入中頻正極IF+，R1的另一端連接第一偏置電壓Vb1；所述C2的一端、R2的一端和M2的柵極共節點，且C2的另一端連接差分輸入中頻負極IF-，R2的另一端連接第一偏置電壓Vb1；所述M1的源極和M2的源極連接并接地；所述M1的漏級連接M3的源極，所述M2的漏級連接M5的源極。

本發明應用時，通過跨導級單元、開關級單元和跨導級單元之間的相互作用關系，使M1和M2工作在亞閾值區，進一步的降低了電路的功耗。

進一步的，負載級單元、開關級單元和跨導級單元采用0.13um CMOS。

進一步的，所述VDD采用1～1.2V。