双平衡无源混频器的版图设计方法
【专利摘要】本发明涉及通信领域，公开了一种双平衡无源混频器的版图设计方法。本发明中，通过版图布局，将有源管子放在生成该支路信号的版图中间位置，实现有源电路工艺角度匹配，电容采用插指结构放在两边，实现电容工艺匹配。进一步地，RF信号线与LO信号线相交时，呈垂直相交，减小寄生电容，降低本振泄露，可以进一步减弱直流失配的产生对接收机灵敏度性能的影响。在不增加芯片面积、功耗和成本的前提下，提高双平衡无源混频器的性能，提高通信系统的灵敏度。优选地，保持IQ两路靠近，以减小工艺偏差导致正交IQ信号的失配。
【专利说明】双平衡无源混频器的版图设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，特别涉及接收系统中的双平衡无源混频器。
【背景技术】
[0002]中国移动多媒体广播(ChinaMobile Multimedia Broadcasting,简称“CMMB”)是国内自主研发的第一套面向手机、笔记本电脑等多种移动终端的系统，利用S波段信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持25套电视和30套广播节目。2006年10月24日，国家广电总局正式颁布中国移动多媒体广播(俗称手机电视)行业标准，确定采用我国自主研发的移动多媒体广播行业标准。中国移动多媒体广播规定了在广播业务频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制，标准适用于30MHz到3000MHz频率范围内的广播业务频率，通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统，可实现全国漫游。
[0003]目前的CMMB手机无线通信产品中，接收机系统基本上采用零中频结构，因为零中频结构是将射频信号直接下变频到基带，优点有很多，特别是结构简单，成本低，镜像信号是自身，没有超外差结构的镜像抑制问题。
[0004]然而，零中频结构也存在其缺点，如IQ支路不匹配和直流失配等问题，特别是因版图引起的直流失配，将导致信号无法正常的解调。在目前的现有技术中，主要的解决办法是通过不断加大混频器管子尺寸，已减小失配(mismatch)问题。
[0005]但是，通过加大混频器管子尺寸以减少失配的方案，不可避免地将造成产品面积增大，功耗增加，成本增加等问题，降低了产品性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种双平衡无源混频器的版图设计方法，以保证混频器的有源电路工艺角度的匹配程度，从而避免产生直流失配的问题，提高双平衡无源混频器的性能。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种双平衡无源混频器的版图设计方法，该双平衡无源混频器包含输入匹配网络、混频器核心变频管、基带信号采样晶体管；
[0008]在所述双平衡无源混频器的版图中，将生成支路信号的有源开关管放置于生成该支路信号的版图中间位置，将生成该支路信号的电容采用插指结构放置于有源电路的两侧；
[0009]所述支路信号包含I路信号和Q路信号。
[0010]本发明实施方式相对于现有技术而言，通过版图布局，将有源管子放在生成该支路信号的版图中间位置，实现有源电路工艺角匹配，电容采用插指结构放在两边，实现电容工艺角匹配。由于工艺失配是产生直流失配的原因之一，因此，通过匹配有源电路，可以有效控制直流失配的产生，从而提高双平衡无源混频器的性能。而且，通过有源开关管与电容在版图上的位置关系的改变，以确保有源电路工艺角度匹配，无需加大混频器管子尺寸，从而保证了整体应用芯片面积小的优势。
[0011]进一步地，在双平衡无源混频器的版图中，电阻和电容采用插指结构，以进一步保证工艺上的差分对称。
[0012]进一步地，在双平衡无源混频器的版图中，将射频信号线(RF信号线)与相交的本振信号线(L0信号线)，设置为垂直相交。通过将RF信号线与LO信号线垂直相交，可以有效减少LO信号线与RF信号线之间的寄生电容，从而降低本振泄露，提高线性度。由于本振泄露也是产生直流失配的原因之一，因此，在确保有源电路工艺角度匹配的基础上，减小本振泄露，可以进一步避免直流失配的产生。在不增加芯片面积、功耗和成本的前提下，提高双平衡无源混频器的性能，提高通信系统的灵敏度。
[0013]进一步地，在双平衡无源混频器的版图中，射频信号线与不相交的本振信号线之间的距离，大于预设门限。优选地，射频信号线与不相交的本振信号线之间，保持版图允许的最大距离。通过在RF信号线与LO信号线交叉时候保持垂直关系，不交叉时，尽量保持距离，以进一步减小RF信号线与LO信号线的寄生电容，进而确保解决本振泄露的问题，避免直流失配。
[0014]进一步地，双平衡无源混频器还可以包含嵌入式滤波器，通过嵌入式滤波器可以进一步对该双平衡无源混频器的输入信号进行干扰抑制，从而保证解调信号的准确性。
[0015]进一步地，在双平衡无源混频器的版图中，产生I路信号的元器件与产生Q路信号的元器件并列相邻排置，并且产生I路信号的元器件与产生Q路信号的元器件保持对称。通过将产生I路信号的元器件与产生Q路信号的元器件并列相邻排置，可以保持IQ两路靠近，并且IQ保持绝对对称，以进一步减小工艺偏差导致正交IQ信号的失配。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是根据本发明第一实施方式中的双平衡的线性无源混频器的结构示意图；
[0017]图2是根据本发明第一实施方式中嵌入滤波器的双平衡无源混频器的结构示意图；
[0018]图3是根据本发明第一实施方式中的双平衡无源混频器的版图设计示意图；
[0019]图4是根据本发明第二实施方式中的双平衡无源混频器的版图设计示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0021]本发明的第一实施方式涉及一种双平衡无源混频器的版图设计方法，可以应用在CMMB手机电视的射频芯片前端系统中。具体地说，双平衡的线性无源混频器如图1所示，假设运放输入端保持虚地状态，Ml — M4工作在线性区。在该混频器中，运算放大器所构成的滤波/放大电路一方面滤除高频信号，另一方面将输出电流转换成电压(即跨阻放大)，并由基带输出电压。
[0022]本实施方式涉及的双平衡无源混频器如图2所示，包含有嵌入式滤波器，使得该混频器不仅可以将射频信号下变频到基带信号，同时还可以对带外干扰进行抑制。如图2所示，该双平衡无源混频器(Mixer)由混频器核心变频管1、嵌入式滤波器(如电阻电容RC滤波器)2，基带信号采样晶体管3组成。图2中的BBN表示基带信号负端输出，BBP表示基带信号正端输出，RFP表示射频信号正端输出，RFN表示射频信号负端输出，LON表示本振信号负端输出，LOP表不本振信号正端输出。在本实施方式中，在该双平衡无源混频器的版图内，将生成支路信号的有源开关管放置于生成该支路信号的版图中间位置，将生成该支路信号的大电容采用插指结构放置于有源电路的两侧，如图3所示。其中，支路信号包含I路信号和Q路信号。另外，为了保证差分对称，电阻(R)以及电容(C)采用插指结构。由于生成I/Q路信号所需的有源开关管(如PMOS管或NMOS管)、大电容等元器件属于本领域的公知技术，在此不再赘述。
[0023]本领域技术人员可以理解，通过将有源管子放在生成该支路信号的版图中间位置，大电容放在两边，可以确保有源电路工艺角度匹配。而由于工艺失配是产生直流失配的原因之一，因此，通过确保有源电路工艺角度匹配，可以有效控制直流失配的产生，从而提高双平衡无源混频器的性能。而且，通过有源开关管与大电容在版图上的位置关系的改变，以确保有源电路工艺角度匹配，无需加大混频器管子尺寸，从而保证了整体应用芯片面积小的优势。
[0024]另外，值得一提的是，在如图3所示的双平衡无源混频器的版图中，将射频信号线(RF信号线)与相交的本振信号线(L0信号线)，设置为垂直相交；RF信号线与不相交的LO信号线之间的距离，大于预设门限。优选地，RF信号线与不相交的LO信号线之间，保持版图允许的最大距离。
[0025]由于混频器中的本振泄露(L0 leakage)会导致本振信号与本振信号自身混频，也是导致直流失配的原因之一。而本振泄露的主要原因是LO信号线与RF信号线之间的寄生电容决定，因此，解决本振泄露的关键是要减小LO与RF之间的寄生电容。而通过在RF信号线与LO信号线交叉时候保持垂直关系，不交叉时，尽量保持距离，可以有效减少LO信号线与RF信号线之间的寄生电容，从而减小本振泄露，提高线性度。
[0026]也就是说，本实施方式在确保有源电路工艺角度匹配的基础上，通过在RF信号线与LO信号线交叉时候保持垂直关系，不交叉时，尽量保持距离，进一步避免了直流失配的产生，在不增加芯片面积、功耗和成本的前提下，提高了双平衡无源混频器的性能，提高了通信系统的灵敏度。
[0027]而且，由于本实施方式的双平衡无源混频器还包含有嵌入式滤波器，从而可以对该双平衡无源混频器的输入信号进行干扰抑制，保证了解调信号的准确性。
[0028]本发明的第二实施方式涉及一种双平衡无源混频器的版图设计方法。第二实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于:在本发明第二实施方式中，还需保持IQ两路靠近，以减小工艺偏差导致的失配，并绝对对称。
[0029]具体地说，如图4所示，在本实施方式的双平衡无源混频器的版图中，产生I路信号的元器件与产生Q路信号的元器件并列相邻排置，并且产生I路信号的元器件与产生Q路信号的元器件保持对称。[0030]本领域技术人员可以理解，相对第一实施方式，本实施方式的双平衡无源混频器不仅可以解决直流失陪的问题，还可以进一步优化IQ支路不匹配的问题，从版图的角度很好的解决了零中频方案的不足，具有设计结构简单，版图对称，LO与RF最小寄生电容，性能较好，功耗低，整体应用芯片面积小等优点，提高了系统性能，使得高性能嵌入滤波器功能的混频器方案得以实现。
[0031]本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种双平衡无源混频器的版图设计方法，所述双平衡无源混频器包含输入匹配网络、混频器核心变频管、基带信号采样晶体管，其特征在于， 在所述双平衡无源混频器的版图中，将生成支路信号的有源开关管放置于生成该支路信号的版图中间位置，将生成该支路信号的电容采用插指结构放置于有源电路的两侧；所述支路信号包含I路信号和Q路信号。
2.根据权利要求1所述的双平衡无源混频器的版图设计方法，其特征在于， 在所述双平衡无源混频器的版图中，电阻和电容采用插指结构。
3.根据权利要求1所述的双平衡无源混频器的版图设计方法，其特征在于， 在所述双平衡无源混频器的版图中，将射频信号线与相交的本振信号线，设置为垂直相交。
4.根据权利要求1所述的双平衡无源混频器的版图设计方法，其特征在于， 在所述双平衡无源混频器的版图中，射频信号线与不相交的本振信号线之间的距离，大于预设门限。
5.根据权利要求3所述的双平衡无源混频器的版图设计方法，其特征在于， 所述射频信号线与所述不相交的本振信号线之间，保持版图允许的最大距离。
6.根据权利要求1所述的双平衡无源混频器的版图设计方法，其特征在于，所述双平衡无源混频器还包含嵌入式滤波器。
7.根据权利要求6所述的双平衡无源混频器的版图设计方法，其特征在于， 所述嵌入式滤波器为电阻电容RC滤波器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的双平衡无源混频器的版图设计方法，其特征在于， 在所述双平衡无源混频器的版图中，产生I路信号的元器件与产生Q路信号的元器件并列相邻排置，并且产生I路信号的元器件与产生Q路信号的元器件保持对称。
【文档编号】H03D7/16GK103427767SQ201210161216
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年5月18日 优先权日:2012年5月18日
【发明者】李海松 申请人:联芯科技有限公司