[發明專利]一種毫米波CMOS正交混頻器電路

在審

• 申請號: 202011357029.7
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112491364A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 郭本青;王雪冰;劉海峰;鄔經偉
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16
• 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

本發明公開了一種毫米波CMOS正交混頻器電路，包括跨導輸入級、正交諧振級、開關混頻級和輸出負載級，跨導輸入級接收射頻電壓信號，進行放大處理將射頻電壓信號轉換為電流信號；正交諧振級將電流信號傳輸到I路，并通過變壓器耦合將轉換后的電流信號傳輸到Q路；開關混頻級由本振信號控制，對電流信號進行周期性換向，將頻率從射頻變換到中頻，完成頻率下變換；及換向中頻電流信號在輸出負載級被轉換為中頻電壓；其中，正交諧振級將電流信號轉化為兩路大小相等、相位差為90度的信號，分別送至I路和Q路，實現了混頻器的正交性。本發明電路在高頻下保持較低的功耗，高的轉換增益，低的噪聲系數，通過設計正交諧振級，取得了良好正交性。

技術領域

本發明涉及射頻集成電路技術領域，具體涉及一種毫米波CMOS正交混頻器電路。

背景技術

毫米波相控陣接收機有著高載波頻率，采用簡單的調制方案，并能達到高數據速率，可提高空間選擇性和頻譜效率，是寬帶通信的理想解決方案，并且可以應用在無線高清視頻，無線USB，對接和即時同步等方面。

如圖1所示，一種基于射頻路徑信號相移的毫米波相控陣接收機，只需要一條射頻路徑，具有很少的硬件占用空間，該結構避免了無關方向上的干擾信號，從而產生更好的信號干擾比，使得接收機性能得到改善。然而這種接收機的混頻器部分需要將本振信號搬移為正交的兩路信號，并且需要兩路混頻器實現，這樣勢必需要能提供正交本振信號的振蕩器。通常會消耗額外的振蕩器功耗，不適合電子設備小型化、低功耗的要求。

如果混頻器可以提供正交特性，那么上述問題可以得到解決。注意到正交信號產生的準確性同樣重要，因為正交信號的幅度和相位兩者的任何不匹配都將導致I路和Q路輸出的增益和相位不平衡。現在的無線系統會調制I路和Q路信號中的不同信息，因此幅度和相位的平衡非常關鍵。傳統方法上，正交混頻器中的正交發生器可以通過RC-CR多相濾波器實現，然而RC-CR多相濾波器在高頻下具有更大的插入損耗，基于CMOS技術的多相濾波器顯然不適用于毫米波正交信號發生器的設計。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，本發明目的在于提供一種毫米波CMOS正交混頻器電路，在高頻下保持較低的功耗，高的轉換增益，低的噪聲系數，通過設計正交諧振級，使得混頻器的I路和Q路輸出大小相等，相位差為90度，取得了良好的正交性。

本發明通過下述技術方案實現：

一種毫米波CMOS正交混頻器電路，包括：跨導輸入級、正交諧振級、開關混頻級和輸出負載級，開關混頻級包括I路混頻器和Q路混頻器；

所述跨導輸入級接收射頻電壓信號，進行放大處理將射頻電壓信號轉換為電流信號；

所述正交諧振級將轉換后的電流信號傳輸到I路，并通過變壓器耦合將轉換后的電流信號傳輸到Q路；

所述開關混頻級由本振信號控制，對所述電流信號進行周期性換向，將頻率從射頻變換到中頻，完成頻率下變換；及換向中頻電流信號在所述輸出負載級被轉換為中頻電壓；

其中，所述正交諧振級將電流信號轉化為兩路大小相等、相位差為90度的信號，分別送至I路和Q路，實現了混頻器的正交性。

工作原理是：基于傳統方法上，正交混頻器中的正交發生器可以通過RC-CR多相濾波器實現，然而RC-CR多相濾波器在高頻下具有更大的插入損耗，基于CMOS技術的多相濾波器顯然不適用于毫米波正交信號發生器的設計。本發明設計了一種毫米波CMOS正交混頻器電路，包括：跨導輸入級、正交諧振級、開關混頻級和輸出負載級，且本發明電路的正交諧振級、開關混頻級和輸出負載級均為左右兩個完全一樣結構；本發明通過設計正交諧振級，使得混頻器的I路和Q路輸出信號大小相等，相位差為90度，實現了良好的正交性；另外I路和Q路兩個混頻器支路共用一組射頻輸入端口，實現正交混頻的同時利用低功耗的實現。