专利名称：上变频混频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信收发技术，尤其涉及一种应用于无线收发机的上变频混频器。
背景技术：
随着集成电路工艺技术的快速发展，给无线收发机系统高度集成提供了可能。同时，通 信系统技术的发展和消费市场的需求都集中在高数据传输速率的通信。这就需要使用64QAM (Quadrature Amplitude Modulation,正交调幅)、256QAM甚至1024QAM的调制。这些调制 技术都要求进行射频信号传输的收发机有很高的线性度。目前，集成的发射机电路中，通常 采用吉尔伯特(Gilbert)结构的混频器结构，如图1所示。它由NM0S晶体管M1—M6，电感 L1一L2，电流沉I0组成。基带输入信号Vin+和Vin-分别输入到晶体管Ml和M2的栅端，晶 体管Ml和M2的源端相连并且连接到电流沉10的一端，电流沉10的另一端连接地电位GND。 Ml的漏端与M3和M4的源端相连，M2的漏端与M5和M6的源端相连。M3和M6的栅端连接差 分本振输入信号Vlo-; M4和M5的栅端连接差分本振输入信号Vlo+。 M3的漏端、M5的漏端 和电感L1的一端连接到上混频器的差分输出端Vout+， M4的漏端、M6的漏端和电感L2的一 端连接到上混频器的差分输出端Vout-。电感L1和L2的另一端连接到电源电压VDD。但是， 利用图1的混频器结构，要获得很高的线性度有一定的困难，因为图1的电路中的M0S晶体 管器件是非线性器件，只有在小信号时可以线性工作，如果信号增大将产生失真和非线性。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是提供一种上变频混频器，本发明能够用于低电源电压 的情况下，同时获得很高的线性度。本发明具体是这样实现的
一种上变频混频器，包括四个晶体管、两个电感；第一电感连接到电源电压和混频器 的差分输出端正极之间，第二电感连接到电源电压和混频器的差分输出端负极之间；第一晶 体管的栅端连接本振输入信号负极，其漏端连接差分输出端正极；第二晶体管的栅端连接本 振输入信号正极，其漏端连接差分输出端负极；第三晶体管的栅端连接本振输入信号正极， 其漏端连接差分输出端正极；第四晶体管的栅端连接本振输入信号负极，其漏端连接差分输 出端负极；第一晶体管的源端和第二晶体管的源端相连，第三晶体管的源端和第四晶体管的 源端相连；还包括一个电压到电流转换电路，用于将输入的基带电压信号转换为电流信号； 所述电压到电流转换电路将转换成的基带电流输入信号通过折叠级联的方式分别连接到第一 晶体管和第二晶体管的源端以及第三晶体管和第四晶体管的源端。
按上述方案，所述电压到电流转换电路包括四个电流源、四个晶体管；第一电流源、第 二电流源分别连接到电源电压和第三电压节点、第四电压节点之间；第七晶体管的栅端连接 到第三电压节点，其源端和漏端分别连接到电源电压和第一电压节点上；第八晶体管的栅端 连接到第四电压节点，其源端和漏端分别连接到电源电压和第二电压节点上；第五晶体管的 栅端连接到基带电压输入信号正极上，其源端和漏端分别连接到第一电压节点和第三电压节 点上；第六晶体管的栅端连接到基带电压输入信号负极上，其源端和漏端分别连接到第二电 压节点和第四电压节点上；第三电流源、第四电流源分别连接到第一电压节点、第二电压节 点和地电位之间；第一晶体管和第二晶体管的源端连接到第二电压节点；第三晶体管和第四 晶体管的源端连接到第一电压节点。
按上述方案，还包括两个电阻，用于抑制本振输入信号对基带输入信号的非线性影响； 第一电阻连接到第一晶体管和第二晶体管的源端与第二电压节点之间，第二电阻连接到第三 晶体管和第四晶体管的源端与第一电压节点之间。
按上述方案，所述四个电流源通过晶体管连接偏置电压的方式实现。 按上述方案，第九晶体管的栅端连接到第一偏置电压，其源端和漏端分别连接到电源电 压和第三电压节点之间；第十晶体管的栅端连接到第一偏置电压，其源端和漏端分别连接到电源电压和第四电压节点之间；第十一晶体管的栅端连接到第二偏置电压，其源端和漏端分 别连接到第一电压节点和地电位之间；第十二晶体管的栅端连接到第二偏置电压，其源端和 漏端分别连接到第二电压节点和地电位之间。
由于采用了上述方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点
利用图4所示的本发明的实施例的电路结构图，电源电压为1.8V情况下，当基带模拟的 双频输入信号Vin+、Vin-的频率为8MHz和12MHz，幅度为差分峰-峰值400mV;本振信号Vo+、 Vlo-的频率为2.5GHz，幅度为差分峰-峰值1V时。获得上变频以后的输出信号的线性度测试 曲线如图5所示。混频后的双频输出信号的频率在本振信号的上边带的信号频谱为2. 508GHz 和2. 512GHz，其三阶交调的输出频率分别为2. 504GHz和2. 516GHz;在本振信号的下边带的 信号频谱为2. 492GHz和2. 488GHz，其三阶交调的输出频率分别为2. 484GHz和2. 496GHz。从 图5中可以知道，本发明获得的三阶交调的线性度达到一75dB以上，而普通的吉尔伯特上变 频混频器的三阶交调线性度只是在一50dB左右。
利用图4所示的本发明的实施例的电路结构图，电源电压为1.8V情况下，当基带模拟的 双频输入信号Vin+、Vin-的频率为8MHz和12MHz，幅度为差分峰-峰值1000mV;本振信号Vlo+、 Vlo-的频率为2. 5GHz，幅度为差分峰-峰值lV时。获得上变频以后的输出信号的线性度测试 曲线如图6所示。混频后的双频输出信号的频率在本振信号的上边带的信号频谱为2.508GHz 和2. 512GHz，其三阶交调的输出频率分别为2. 504GHz和2. 516GHz;在本振信号的下边带的 信号频谱为2. 492GHz和2. 488GHz，其三阶交调的输出频率分别为2. 484GHz和2. 496GHz。从 图6中可以知道，本发明获得的三阶交调的线性度达到一65dB以上，而普通的吉尔伯特上变 频混频器的三阶交调线性度只是在一50dB左右。
图1是典型的吉尔伯特上变频混频器的电路结构图； 图2是本发明的电路结构图； 图3是本发明中一个优选实施例的电路结构图；图4是在图3基础上另一个优选实施例的电路结构图5是基带模拟输入信号幅度为差分峰-峰值400mV时，利用图4所示电路获得的线性度 测试曲线；
图6是基带模拟输入信号幅度为差分峰-峰值lOOOmV时，利用图4所示电路获得的线性 度测试曲线。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的具体实施作进一步的说明
本发明的主要原理是通过首先对输入的基带模拟电压信号通过高线性的电压到电流转换 电路转换为电流，然后再通过折叠级联的方式与吉尔伯特型混频器连接实现高线性的上变频 混频器。
本发明的电路结构图如图2所示。由电流源I0_I3、 NM0S晶体管M1—M2和PM0S晶体管 M7—M8实现输入差分电压(Vin+， Vin-)从电压输入到电流输出的转换；与晶体管M3 — M6 以及电感L1和L2组成本发明的高线性上变频混频器。其连接结构如下电流源I0和I1分 别连接到电源电压VDD和电压节点VC和VD之间；M7的栅端连接到电压节点VC，其源端和漏 端分别连接到电源电压VDD和电压节点VA上；M8的栅端连接到电压节点VD，其源端和漏端 分别连接到电源电压VDD和电压节点VB上；Ml的栅端连接到差分基带输入信号Vin+上，其 源端和漏端分别连接到电压节点VA和电压节点VC上。M2的栅端连接到差分基带模拟输入信 号Vin-上，其源端和漏端分别连接到电压节点VB和电压节点VD上。电流源12和13分别连 接到电压节点VA、电压节点VB和地电位GND之间。电感Ll连接到电源电压VDD和Vout+之 间；电感L2连接到电源电压VDD和Vout-之间。M3的栅端连接差分本振输入信号的Vlo-， 其源端和漏端分别连接电压节点VB和输出端Vout+。M4的栅端连接差分本振输入信号的Vlo+; 其源端和漏端分别连接电压节点VB和输出端Vout-。M5的栅端连接差分本振输入信号的Vlo+， 其源端和漏端分别连接电压节点VA和输出端V0ut+。M6的栅端连接差分本振输入信号的Vlo-， 其源端和漏端分别连接电压节点VA和输出端V0ut-。为了进一步提高性能，可以在图2所示电路结构的基础上增加两个电阻以提高线性度， 如图3所示。通过增加电阻Rl和R2，可以抑制差分本振输入信号Vlo+和Vlo-对基带输入信 号非线性影响。电阻R1连接到电压节点VB和晶体管M3、 M4的源端。电阻R2连接到电压节 点VA和晶体管M5、 M6的源端。
图4所示为本发明的另一实施例，相比于图3，电流源10—13通过分别用晶体管M9—M12 来替换实现，也即用偏置在饱和区的晶体管M9 — 12来实现电流源(或电流沉)10—13。这里， 电流源10—I3也可以通过其他的方式来实现，如级联(cascode)的晶体管实现的电流源等。 晶体管M9的栅端连接到偏置电压Vbiasl,其源端和漏端分别连接到电源电压VDD和电压节 点VC之间。晶体管M10的栅端连接到偏置电压Vbiasl，其源端和漏端分别连接到电源电压 VDD和电压节点VD之间。晶体管Mll的栅端连接到偏置电压Vbias2，其源端和漏端分别连接 到电压节点VA和地电位GND之间。晶体管M12的栅端连接到偏置电压Vbias2,其源端和漏 端分别连接到电压节点VB和地电位GND之间。
权利要求
1、一种上变频混频器，包括四个晶体管、两个电感；第一电感连接到电源电压和混频器的差分输出端正极之间，第二电感连接到电源电压和混频器的差分输出端负极之间；第一晶体管的栅端连接本振输入信号负极，其漏端连接差分输出端正极；第二晶体管的栅端连接本振输入信号正极，其漏端连接差分输出端负极；第三晶体管的栅端连接本振输入信号正极，其漏端连接差分输出端正极；第四晶体管的栅端连接本振输入信号负极，其漏端连接差分输出端负极；第一晶体管的源端和第二晶体管的源端相连，第三晶体管的源端和第四晶体管的源端相连；其特征在于，还包括一个电压到电流转换电路，用于将输入的基带电压信号转换为电流信号；所述电压到电流转换电路将转换成的基带电流输入信号通过折叠级联的方式分别连接到第一晶体管和第二晶体管的源端以及第三晶体管和第四晶体管的源端。
2、 如权利要求1所述的上变频混频器，其特征在于，所述电压到电流转换电路包括四个 电流源、四个晶体管；第一电流源、第二电流源分别连接到电源电压和第三电压节点、第四 电压节点之间；第七晶体管的栅端连接到第三电压节点，其源端和漏端分别连接到电源电压 和第一电压节点上；第八晶体管的栅端连接到第四电压节点，其源端和漏端分别连接到电源 电压和第二电压节点上；第五晶体管的栅端连接到基带电压输入信号正极上，其源端和漏端 分别连接到第一电压节点和第三电压节点上；第六晶体管的栅端连接到基带电压输入信号负 极上，其源端和漏端分别连接到第二电压节点和第四电压节点上；第三电流源、第四电流源 分别连接到第一电压节点、第二电压节点和地电位之间；第一晶体管和第二晶体管的源端连 接到第二电压节点；第三晶体管和第四晶体管的源端连接到第一电压节点。
3、 如权利要求2所述的上变频混频器，其特征在于，还包括两个电阻，用于抑制本振输 入信号对基带输入信号的非线性影响；第一电阻连接到第一晶体管和第二晶体管的源端与第 二电压节点之间，第二电阻连接到第三晶体管和第四晶体管的源端与第一电压节点之间。
4、 如权利要求2或3所述的上变频混频器，其特征在于，所述四个电流源通过晶体管连 接偏置电压的方式实现。
5、 如权利要求4所述的上变频混频器，其特征在于，第九晶体管的栅端连接到第一偏置 电压，其源端和漏端分别连接到电源电压和第三电压节点之间；第十晶体管的栅端连接到第 一偏置电压，其源端和漏端分别连接到电源电压和第四电压节点之间；第十一晶体管的栅端 连接到第二偏置电压，其源端和漏端分别连接到第一电压节点和地电位之间；第十二晶体管的栅端连接到第二偏置电压，其源端和漏端分别连接到第二电压节点和地电位之间。
全文摘要
本发明公开了一种上变频混频器，包括四个晶体管、两个电感；第一电感连接到电源电压和混频器的输出端正极之间，第二电感连接到电源电压和混频器的输出端负极之间；第一晶体管的栅端连接本振输入信号负极，其漏端连接输出端正极；第二晶体管的栅端连接本振输入信号正极，其漏端连接输出端负极；第三晶体管的栅端连接本振输入信号正极，其漏端连接输出端正极；第四晶体管的栅端连接本振输入信号负极，其漏端连接输出端负极；还包括一个电压到电流转换电路，将转换成的基带电流输入信号通过折叠级联的方式分别连接到第一晶体管和第二晶体管的源端以及第三晶体管和第四晶体管的源端。本发明用于低电源电压的情况下，获得了很高的线性度。
文档编号H03D7/12GK101295963SQ20071009881
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月27日 优先权日2007年4月27日
发明者吴南健, 寿国梁, 王海永 申请人:北京六合万通微电子技术有限公司