一种低电压高线性度上变频器及上变频信号输出方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于跨导倍增技术的低电压高线性度上变频器电路，属于射频收发技术领域。
【背景技术】
[0002]在射频收发系统中，发射电路必须具备较高的线性度以保证输出再生频谱被控制在合理范围以内。上变频电路位于功率放大器的前一级，其线性度直接影响到整个发射链路的线性度，因此对上变频器线性度设计优化显得十分重要。传统的上变频器实现方式是在吉尔伯特混频器结构的负载级使用LC滤波网络实现的，该结构可同时实现上变频以及滤波功能。然而由于吉尔伯特结构的跨导级仅由差分MOS对管组成，其线性度无法得到有效保证。
[0003]鉴于上变频器的输入信号位于低频或者中频段，因此可以考虑利用负反馈的方式加强跨导级的线性度。通常的方式为采用运放超级源跟随结构的跨导级。该结构通过在差分输入端分别使用电压跟随器，差分电压跟随器的输出端之间通过电阻连接。在电压跟随器的作用下，输入电压信号被复制到电阻两端从而产生高线性度的电流。该方法可实现高线性的等效跨导，显著提升上变频器是线性度。然而该结构从电源到地之间层叠4个晶体管，使得其难以应用到低电源电压的应用场合中。此外差分端的两个独立运放也增加了整个上变频器的功耗。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低电压高线性度上变频器，该上变频器具有电路结构简单，功耗低的特点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种低电压高线性度上变频信号输出方法，利用负反馈电路构造基于超级源跟随结构的跨导电路，使得流过本振开关的中频电流与输入电压呈现高度线性关系；并利用电流镜将转换电流复制并注入到本振开关，经本振开关的变频作用产生上变频信号以及谐波混频产物，再经负载电路滤除谐波混频产物，输出纯净的上变频信号。
[0006]一种低电压高线性度上变频器，所述上变频器为全差分结构，包括相互连接的第一差分电路和第二差分电路；所述第一差分电路包括由负反馈电路构造基于超级源跟随结构的具有电流镜关系的第一跨导电路、第一本振开关以及第一负载电路，且所述第一跨导电路、第一本振开关以及第一负载电路相互连接；所述第二差分电路包括由负反馈电路构造基于超级源跟随结构的具有电流镜关系的第二跨导电路、第二本振开关以及第二负载电路，且所述第二跨导电路、第二本振开关以及第二负载电路相互连接。
[0007]优选的:所述第一跨导电路包括第一、第二、第四、第六PMOS管以及第三、第五NMOS管，第一 PMOS管(Ml)的源极、第四PMOS管(M4)的源极以及第六PMOS管(M6)的源极接电源电压，同时第一 PMOS管(Ml)漏极与第二 PMOS管(M2)源极相连，而第一 PMOS管(Ml)栅极、第六PMOS管(M6)栅极、第四PMOS管(M4)的源极以及第五PMOS管(M5)的漏极互相连接；所述第二 PMOS管(M2)的漏极与第三NMOS管(M3)的漏极以及第五PMOS管(M5)的栅极相连；同时所述第三NMOS管(M3)的源极和第五NMOS管(M5)的漏极接地；
[0008]所述第一本振开关包括第七、第八PMOS管，且第七PMOS管(M7)的源极、第八PMOS管(M8)源极以及第六PMOS管(M6)漏极互相连接；输出信号VOUTN从第八PMOS管(M8)漏极输出；
[0009]第一负载电路包括第一、第二电阻以及第九NMOS管，第一电阻(Rl)的负端、第二电阻(R2)的正端以及第九NMOS管(M9)的漏极相互连接；且第一电阻(Rl)的正端与第七PMOS管(M7)的漏极相连，第九NMOS管(M9)的源极以及第二电阻(R2)的负端接地；
[0010]第二跨导电路包括第十、第十四、第十六、第十七PMOS管以及第十五、第十八NMOS管，第十六PMOS管(M16)的源极、第十四PMOS管(M14)的源极以及第十PMOS管(MlO)的源极接电源电压，同时第十六PMOS管(M16)漏极与第十七PMOS管(M17)源极相连，而第十PMOS管(MlO)栅极、第十六PMOS管(M16)栅极、第十五PMOS管(M15)的源极以及第十四PMOS管(M14)的漏极相连；所述第十七PMOS管(M17)的漏极与第十八匪OS管(M18)的漏极以及第十五PMOS管(M15)的栅极相连；第十八NMOS管(M18)的源极和第十五NMOS管(M15)的漏极接地；
[0011]第二本振开关包括第十一、第十二 PMOS管，第十一 PMOS管(Mll)的源极、第十二PMOS管(M12)源极以及第十PMOS管(MlO)漏极相互连接；输出信号VOUTP从第^^一 PMOS管(Mll)漏极输出；
[0012]第二负载电路包括第三、第四电阻以及第十三NMOS管；第三电阻(R3)的负端、第四电阻(R4)的正端以及第十三NMOS管(M13)的漏极相互连接；第三电阻(R3)的正端与第十二 PMOS管(M12)的漏极相连；第十三NMOS管(M13)的源极以及第四电阻(R4)的负端接地；
[0013]另外，所述第二 PMOS管(M2)的漏极与第十七PMOS管(M17)的漏极通过第五电阻(R5)的两端相连；第三PMOS管(M3)的栅极与第十八PMOS管(M18)栅极相连，接电位vbnl ;第四PMOS管(M4)的栅极与第十四PMOS管(M14)栅极相连，接电位vbpl ;第七PMOS管(M7)的栅极与第十二 PMOS管(M12)栅极相连，并且连接本振正端信号LOI+;第八PMOS管(M8)的栅极与第i^一 PMOS管(Mll)栅极相连，并且连接本振负端信号LO1-;第九NMOS管(M9)的栅极与第十三NMOS管(M13)栅极相连，接控制信号GCl。
[0014]所述第八PMOS管(M8)漏极连接有第一 LC并联谐振网络；所述第十一 PMOS管(Mll)漏极连接有第二 LC并联谐振网络。
[0015]本发明提供的一种低电压高线性度上变频器及上变频信号输出方法，相比现有技术，具有以下有益效果:
[0016]该上变频器由跨导级、本振开关以及负载构成。跨导电路利用负反馈环路构造超级源跟随结构，将输入电压完整复制到源极退化电阻两端，从而保证了较高的线性度。跨导级产生的电流通过电流镜被注入到本振开关，经本振开关的变频作用产生上变频信号以及谐波混频产物，位于负载端的LC带通滤波网络滤除谐波混频产物，输出纯净的上变频信号。
[0017]本发明提出一种基于跨导增强结构的高线性度跨导级电路，并利用电流镜将转换电流复制并注入到本振开关。该结构将电源与地之间层叠的晶体管数目减少到3个，提高了对低电源电压的适应能力。在功耗方面，该结构利用简单的跨导增强支路代替了传统结构中的运放，降低了电流消耗。因此本发明能够实现高线性度的同时满足对低电源电压以及低功耗的要求。
[0018]综上所述，本发明的高线性度上混频器能够适用于低电源电压应用场合。该结构同时具有电路结构简单，功耗低的特点。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的高线性度低电压上变频器电路图；
[0020]图2为本发明的上变频器转换增益随输入频率的关系曲线；
[0021]图3为常规吉尔伯特上变频器与本发明上变频器的双音测试对比图；
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0023]一种低电压高线性度上变频信号输出方法，利用负反馈电路构造基于超级源跟随结构的跨导电路，使得流过本振开关的中频电流与输入电压呈现高度线性关系；并利用电流镜将转换电流复制并注入到本振开关，经本振开关的变频作用产生上变频信号以及谐波混频产物，再经负载电路滤除谐波混频产物，输出纯净的上变频信号。
[0024]其思路为:利用负反馈电路构造基于超级源跟随结构的跨导电路，使得流过本振开关的中频电流与输入电压呈现高度线性关系，进而提升了整个上变频器的线性度。此外，相比于传统基于运放结构的输入跨导级结构，本发明从电源到地之间仅层叠3个晶体管，更适用于低电源电压的应用场合。
[0025]一种低电压高线性度上变频器，所述上变频器为全差分结构，包括相互连接的第一差分电路和第二差分电路；所述第一差分电路包括由负反馈电路构造基于超级源跟随结构的具有电流镜关系的第一跨导电路、第一本振开关以及第一负载电路，且所述第一跨导电路、第一本振开关以及第一负载电路相互连接；所述第二差分电路包括由负反馈电路构造基于超级源跟随结构的具有电流镜关系的第二跨导电路、第二本振开关以及第二负载电路，且所述第二跨导电路、第二本振开关以及第二负载电路相互连接。
[0026]如图1所示，所述第一跨导电路包括第一、第二、第四、第六PMOS管以及第三、第五NMOS管，第一 PMOS管(Ml)的源极、第四PMOS管(M4)的源极以及第六PMOS管(M6)的源极接电源电压，同时第一 PMOS管(Ml)漏极与第二 PMOS管(M2)源极相连，而第一 PMOS管(Ml)栅极、第六PMOS管(M6)栅极、第四PMOS管(M4)的源极以及第五PMOS管(M5)的漏极互相连接；所述第二 PMOS管(M2)的漏极与第三NMOS管(M3)的漏极以及第五PMOS管(M5)的栅极相连；同时所述第三NMOS管(M3)的源极和第五NMOS管(M5)的漏极接地；
[0027]所述第一本振开关包括第七、第八PMOS管，且第七PMOS管(M7)的源极、第八PMOS管(M8)源极以及第六PMOS管(M6)漏极互相连接；输出信号VOUTN从第八PMOS管(M8)漏极输出；
[0028]第一负载电路包括第一、第二电阻以及第九NMOS管，第一电阻(Rl)的负端、第二电阻(R2)的正端以及第九NMOS管(M9)的漏极相互连接；且第一电阻(Rl)的正端与第七PMOS管(M7)的漏极相连，第九NMOS管(M9)的源极以及第二电阻(R2)的负端接地；
[0029]第二跨导电路包括第十、