一种低噪声混频器电路制造技术

本发明专利技术提供一种低噪声混频器电路，包括噪声消除跨导输入级、开关混频级、和输出负载级部分；其中所述噪声消除跨导输入级接收RF电压信号，将RF电压信号转换为电流信号；开关混频级由本振信号LO控制，对电流信号进行周期性换向，将频率从射频变换到中频，完成频率变换；输出负载级，对高频信号进行滤波抑制，并将相应的中频信号转换为输出IF电压信号。本发明专利技术的优点在于：在噪声消除跨导输入级，通过使用体交叉耦合方法，提升跨导级的有效输入跨导，从而降低电路的功耗，兼获得整体的低噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声混频器电路
本专利技术属于射频集成电路领域，尤其涉及一种低噪声混频器电路。
技术介绍
随着CMOS工艺特征尺寸按比例缩小和电路技术的不断改进，出现了越来越多的高性能、高集成度的无线射频芯片(RFIC)，这些芯片已被广泛应用各种制式无线通信系统，例如无线局域网(LAN)、无线多媒体和家庭无线控制系统的需求显著增长。混频器是无线收发机中的一个重要模块，能够实现频率搬移的功能，其性能决定着整个收发机的性能。根据噪声级联公式，如果接收机的第二级单元下变频混频器具备低噪声特性，那么第一级单元低噪声放大器可以省去以节约系统功耗，即可以把低噪声放大器和混频器融合在一起作为射频接收前端使用。传统的混频器结构分为有源混频器和无源混频器。无源混频器的线性度通常会高于有源混频器，但是无源混频器没有转换增益。相比之下，电流换向型有源混频器具备转换增益，并且工作可靠，端口隔离度好，但是其噪声较高。有源混频器的噪声主要来源于开关级的闪烁噪声和射频跨导级的热噪声。为了降低开关级的闪烁噪声，通常的做法是采用如图1所示的电流注入型有源混频器(J.Park,C.H.Lee,B.-S.Kim,andJ.Laskar,“Designandanalysisoflowflicker-noiseCMOSmixersfordirect-conversionreceivers,”IEEETrans.Microw.TheoryTech.,vol.54,no.12,pp.4372–4380,Dec.2006.)。它通过恒流源为跨导级提供大部分的偏置电流，从而降低流过开关管的直流电流，进而降低混频开关级的闪烁噪声。但这样做的后果是在开关级的源极引入较大的寄生电容，同时恒流源本身不提供增益却引入噪声。另外，为了进一步提高有源混频器的噪声性能，需要在射频跨导级采用噪声消除技术以降低射频跨导级的噪声系数。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种将低噪声放大器和混频器融合的低噪声混频器电路，能够直接作为射频接收机前端工作，且具有低功耗、低噪声、高增益的特点。本专利技术是采用以下技术手段解决上述技术问题的：一种低噪声混频器电路，包括噪声消除跨导输入级、开关混频级、和输出负载级部分；其中所述噪声消除跨导输入级接收RF电压信号，将RF电压信号转换为电流信号；开关混频级由本振信号LO控制，对电流信号进行周期性换向，将频率从射频变换到中频，完成频率变换；输出负载级，对高频信号进行滤波抑制，并将相应的中频信号转换为输出IF电压信号。进一步的，噪声消除跨导输入级为差分对称结构，左右侧结构完全相同，以左侧为例，左侧结构包括第一互补晶体管对Mn1和Mp1、第二互补晶体管对Mn2和Mp2、第三晶体管M3；所述噪声消除跨导输入级中，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极作为射频差分信号输入，射频差分信号为一电压信号VRF+，并且第二互补晶体管对Mn2和Mp2的栅极和第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极连接在一起，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的源极连接至交流地，晶体管Mn2的源极接地，晶体管Mp2的源极接电源VDD，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的漏极通过耦合电容连接到第三晶体管M3的源极，左右侧结构中的第三晶体管M3共栅极，第三晶体管M3的源极通过电流源连接到地，同时第三晶体管M3的源极通过串联的反馈电阻RF、信号源电阻RS和信号源VS接地，第三晶体管M3的漏极连接到第二互补晶体管对Mn2和Mp2的漏极。优化的，左侧结构的第三晶体管M3的漏极通过电容连接到右侧结构的晶体管Mn2的衬底，同样的，右侧结构的第三晶体管M3的漏极通过电容连接到左侧结构的晶体管Mn2的衬底。进一步的，所述开关混频级包含4个开关晶体管M4、M5、M6、M7和左右侧PMOS晶体管M8、M9，输出负载为电阻RL和电容CL构成的IF滤波器；开关晶体管M4和M5的源极连接在一起连接到PMOS晶体管M8的漏极，开关晶体管M6和M7的源极连接在一起连接到PMOS晶体管M9的漏极，左右侧PMOS晶体管M8和M9的漏极分别连接到对应侧的第三晶体管M3的漏极，左右侧PMOS晶体管M8和M9的源极连接到电源，控制电压Vbld施加在左右侧PMOS晶体管M8和M9的栅极，本振差分信号VLO+/-分别从开关晶体管M5和M6的栅极连接处、M4和M7的栅极连接处输入，开关晶体管M4和M6以及开关晶体管M5和M7的漏极分别连接在一起，并分别接到输出负载级的两个负载电阻RL的负端，负载电阻RL的正端连接电源VDD，输出负载级的负载电容CL接在两个负载电阻RL的负端之间。再进一步地，在噪声消除跨导输入级，电感L1连接在反馈电阻RF和信号源电阻RS之间，电容Cl连接在电感L1与信号源电阻RS之间的结点和地之间，电感L1、电容Cl和第一互补晶体管对Mn1和Mp1与第二互补晶体管对Mn2和Mp2的栅极寄生电容构成π型谐振网络，以获得宽带输入匹配。再进一步地，在开关混频级，开关晶体管M4和M5的源极连接在一起通过左电感L2连接到PMOS晶体管M8的漏极，开关晶体管M6和M7的源极连接在一起并通过右电感L2连接到PMOS晶体管M9的漏极，左电感L2与M4和M5的源极节点寄生电容以及Mn2和Mp2的漏极节点寄生电容构成π型谐振网络，右电感L2与M6和M7的源极节点寄生电容以及Mn2和Mp2的漏极节点寄生电容构成π型谐振网络，以改善带内增益平坦度。更进一步地，通过把晶体管Mp2偏置在弱反型状态，来抵消强反型饱和区下Mn2和M3的二阶非线性和三阶非线性，且线性基频项得以增强。本专利技术的有益效果：(1)在噪声消除跨导输入级，通过使用体交叉耦合方法，提升跨导级的有效输入跨导，从而降低电路的功耗，兼获得整体的低噪声。(2)分别在跨导级输入端和开关混频级输入端，设计构成π型谐振网络，以吸收电路寄生电容，获得宽带输入匹配和改善带内增益平坦度。(3)通过把PMOS晶体管Mp2偏置在弱反型状态，来抵消强反型饱和区下复合NMOS管Mn2和M3的二阶非线性和三阶非线性，且线性基频项得以增强。基本上在不增加系统功耗，噪声的情况下提升电路的线性度性能。附图说明图1是现有电流注入型有源混频器电路图；图2是现有噪声消除低噪放电路图；图3是本专利技术低噪声混频器电路电路图；图4是本专利技术低噪声混频器电路的噪声消除跨导输入级电路图；图5是本专利技术低噪声混频器电路的输入反射系数图；图6是本专利技术低噪声混频器电路的转换增益图；图7是本专利技术低噪声混频器电路的噪声系数图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。请参阅图3，本专利技术低噪声混频器电路包含噪声消除跨导输入级、开关混频级、输出负载级。噪声消除跨导输入级为差分对称结构，左右侧结构完全相同，以左侧为例介绍，左侧结构包括第一互补晶体管对Mn1和Mp1、第二互补晶体管对Mn2和Mp2、第三晶体管M3。所述噪声消除跨导输入级中，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极作为射频差分信号输入，射频差分信号为一电压信号VRF+，并且第二互补晶体管对Mn2和Mp2的栅极和第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极连接在一起，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的源极连接至交流地，晶体管Mn2的源极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低噪声混频器电路，其特征在于：包括噪声消除跨导输入级、开关混频级、和输出负载级部分；其中所述噪声消除跨导输入级接收RF电压信号，将RF电压信号转换为电流信号；开关混频级由本振信号LO控制，对电流信号进行周期性换向，将频率从射频变换到中频，完成频率变换；输出负载级，对高频信号进行滤波抑制，并将相应的中频信号转换为输出IF电压信号。

【技术特征摘要】
1.一种低噪声混频器电路，包括噪声消除跨导输入级、开关混频级、和输出负载级部分；其中所述噪声消除跨导输入级接收RF电压信号，将RF电压信号转换为电流信号；开关混频级由本振信号LO控制，对电流信号进行周期性换向，将频率从射频变换到中频，完成频率变换；其特征在于：输出负载级，对高频信号进行滤波抑制，并将相应的中频信号转换为输出IF电压信号；噪声消除跨导输入级为差分对称结构，左右侧结构完全相同，以左侧为例，左侧结构包括第一互补晶体管对Mn1和Mp1、第二互补晶体管对Mn2和Mp2、第三晶体管M3；所述噪声消除跨导输入级中，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极作为射频差分信号输入，射频差分信号为一电压信号VRF+，并且第二互补晶体管对Mn2和Mp2的栅极和第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极连接在一起，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的源极连接至交流地，晶体管Mn2的源极接地，晶体管Mp2的源极接电源VDD，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的漏极通过耦合电容连接到第三晶体管M3的源极，左右侧结构中的第三晶体管M3共栅极，第三晶体管M3的源极通过电流源连接到地，同时第三晶体管M3的源极通过串联的反馈电阻RF、信号源电阻RS和信号源VS接地，第三晶体管M3的漏极连接到第二互补晶体管对Mn2和Mp2的漏极。2.如权利要求1所述的一种低噪声混频器电路，其特征在于：左侧结构的第三晶体管M3的漏极通过电容连接到右侧结构的晶体管Mn2的衬底，同样的，右侧结构的第三晶体管M3的漏极通过电容连接到左侧结构的晶体管Mn2的衬底。3.如权利要求1所述的一种低噪声混频器电路，其特征在于：所述开关混频级包含4个开关晶体管M4、M5、M6、M7和左右侧PMOS晶体管M8、M9，输出负载为电阻RL和电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭本青，王慧芬，安士全，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34