专利名称：无源混频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及射频集成电路设计中混频器领域，特别是涉及一种提高开关对管线性度的无源混频器。
背景技术：
混频器是射频接收机系统中非常重要的模块，它连接着射频前端、模拟基带和本振信号，起到将射频频带信号搬移到低频模拟基带信号的作用。近几年来，无源混频器因其较高的线性度、较好的噪声性能和较小的直流失调电压而被广泛采用。
图1是一般无源混频器的基本架构，主要包括三个部分:跨导级电路、开关级电路和负载级电路。其中，跨导级电路是将接收到的射频电压信号转换成电流信号；开关级电路中两对开关对管(NM0S晶体管Ml和M2，NMOS晶体管M3和M4)在占空比为50%的本振方波信号的作用下快速切换电流，实现频率搬移；负载级电路通过一个跨阻放大器TIA将电流信号转换成电压信号输出，并且实现初步的一阶滤波作用。所述跨导级电路、开关级电路和负载级电路各自线性度的恶化都会影响混频其的线性度，而提高跨导级电路和负载级电路的线性度一般的解决方法都会增大功耗。开关级电路相当于一个具有导通电阻的开关，导通电阻的大小会随着源端和漏端交流信号的变化而变化，提高这个导通电阻的线性度则可在不增加功耗的前提下提高整体电路的线性度。在很多射频接收发机系统中，对混频器的线性度指标要求很高，在不增加现有功耗的前提下，可以从开关级电路的开关对管入手进行优化。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种无源混频器，在不增加现有功耗的前提下，可以有效提高无源混频器的线性度。为解决上述技术问题，本实用新型的无源混频器，包括:跨导级电路，与该跨导级电路的输出端相连接的开关级电路，与该开关级电路的输出端相连接的负载级电路；其中:所述开关级电路，由第一 NMOS晶体管 第四NMOS晶体管，第三偏置电阻 第十偏置电阻组成；第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管的源极与所述跨导级电路的一输出端相连接，第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管的源极与所述跨导级电路的另一输出端相连接；第一 NMOS晶体管的栅极与第七偏置电阻的一端相连接，第四NMOS晶体管的栅极与第十偏置电阻的一端相连接，第七偏置电阻的另一端与第十偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入栅极的直流偏置电压及本振信号；第二 NMOS晶体管的栅极与第八偏置电阻的一端相连接，第三NMOS晶体管的栅极与第九偏置电阻的一端相连接，第八偏置电阻的另一端与第九偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入栅极的直流偏置电压及本振信号；第一 NMOS晶体管的衬底与第三偏置电阻的一端相连接，第二 NMOS晶体管的衬底与第四偏置电阻的一端相连接，第三偏置电阻的另一端与第四偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入衬底电压；第三NMOS晶体管的衬底与第五偏置电阻的一端相连接，第四NMOS晶体管的衬底与第六偏置电阻的一端相连接，第五偏置电阻的另一端与第六偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入衬底电压；第一 NMOS晶体管的漏极与第三NMOS晶体管的漏极和所述负载级电路的正输入端相连接；第二 NMOS管的漏极与第四NMOS晶体管的漏极和所述负载级电路的负输入端相连接。本实用新型在0.18ym CMOS工艺下，在开关级电路的开关对管的栅端和衬底分别串联一个偏置电阻，抑制导通电阻的变化；这样在不损害其它性能指标和不增加整体功耗的iu提下，能有效提闻混频器的线性度。本实用新型可以应用于对混频器有较高线性度要求的射频收发机系统中。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明:图1是现有的无源混频器原理图；图2是改进的开关管电路原理不意图；图3是本实用新型的无源混频器一实施例原理图。
具体实施方式
参见图3所示，在下面的实施例中，本实用新型所述的无源混频器为下变频混频器，包括:一跨导级电路，一开关级电路，一负载级电路。所述跨导级电路Gm由一个跨导放大器和一个共模负反馈电路组成。共模负反馈电路通过电阻检测跨导放大器的输出端的共模电压，将这个共模电压和一个参考电压通过比较器进行比较后放大输出，输出电压反馈到跨导放大器的尾电流管的栅极，从而使得跨导放大器输出端的共模电压等于参考电压值，达到稳定跨导级电路共模电压的目的。这个共模电压也是整体混频器的共模电压。跨导级电路Gm输入差分的射频电压信号VKFin，输出差分的电流信号。跨导放大器可以是共源放大器，也可以是PMOS和NMOS电流复用推挽输出结构的放大器。所述开关级电路，由第一 NMOS晶体管Ml、第二 NMOS晶体管M2、第三NMOS晶体管M3和第四NMOS晶体管M4，偏置电阻R3 RlO组成。第一 NMOS晶体管Ml和第二 NMOS晶体管M2的源极与所述跨导级电路Gm的一输出端相连接，第三NMOS晶体管M3和第四NMOS晶体管M4的源极与所述跨导级电路Gm的另一输出端相连接。第一 NMOS晶体管Ml的栅极与偏置电阻R7的一端相连接，第四NMOS晶体管M4的栅极与偏置电阻RlO的一端相连接，偏置电阻R7的另一端与偏置电阻RlO的另一端相连接，其连接的节点输入栅极的偏置电压\及本振信号νω。第二 NMOS晶体管M2的栅极与偏置电阻R8的一端相连接，第三NMOS晶体管M3的栅极与偏置电阻R9的一端相连接，偏置电阻R8的另一端与偏置电阻R9的另一端相连接，其连接的节点输入栅极的偏置电压\及本振信号本振信号Vw为占空比50%的全摆幅的差分方波信号，连同直流偏置电压Ve加到开关管(NM0S晶体管Ml Μ4)的栅极。第一 NMOS晶体管Ml的衬底与偏置电阻R3的一端相连接，第二 NMOS晶体管M2的衬底与偏置电阻R4的一端相连接，偏置电阻R3的另一端与偏置电阻R4的另一端相连接，其连接的节点输入衬底电压VB。第三NMOS晶体管M3衬底与偏置电阻R5的一端相连接，第四NMOS晶体管M4的衬底与偏置电阻R6的一端相连接，偏置电阻R5的另一端与偏置电阻R6的另一端相连接，其连接的节点输入衬底电压VB。第一 NMOS晶体管Ml的漏极与第三NMOS管M3的漏极相连接；第二 NMOS管M2的漏极与第四NMOS管M4的漏极相连接。所述负载级电路，采用一阶RC低通滤波网络，由一个带有无源反馈网络的全差分的跨阻放大器TIA构成。跨阻放大器TIA的正输入端与所述开关级电路中第一 NMOS晶体管Ml的漏极和第三NMOS管M3的漏极相连接；负输入端与所述开关级电路中第二 NMOS管M2的漏极和第四NMOS管M4的漏极相连接。第一电阻Rl和第一电容Cl的一端与跨阻放大器TIA的正输入端相连接,另一端与跨阻放大器TIA的负输出端Vout-相连接。第二电阻R2和第二电容C2的一端与跨阻放大器TIA的负输入端相连接，另一端与跨阻放大器TIA的正输出端Vout+相连接。跨导级电路将接收到的差分的射频电压信号￥_转换成电流信号，开关级电路通过快速切换电流信号实现频率搬移，负载级电路将频率变换后的电流信号转换成基带电压信号后输出，并进行了初步的滤波。跨导级电路的非线性主要来源于跨导的非线性。经验表明，适当提高每个跨导管的过驱动电压可以优化跨导的线性度，但是在一定的增益要求下，会引起功耗的增加。负载级电路采用一个带有无源反馈器件的跨阻放大器，其线性度一般可以达到应用要求。开关级电路中开关管在在交流信号的作用下，其导通电阻会有所变化，从而引起一定的线性失真。本实用新型针对开关管进行了线性度的优化。在四个开关管的栅极和衬底分别串联一个电阻(Re和Rb，参见图2)，同寄生电容Ces和CSB(结合图2所示)分别形成交流信号高通路径，抑制栅源电压Ves和源衬电压Vsb的相对变化，从而抑制导通电阻的变化，从而提高了开关管的线性度。无源混频器在信号通路上无 直流增益，开关管工作在深线性区，相当于一个具有很小的导通电阻的开关，其栅极的直流偏置电压设置为使得开关管处于开启临界状态的电压值，开关管在完全导通的半个周期内的电阻值为:
I尺。n = ~~7777Τ7Τ7Γ} Π-^
^nC0JWi L\Vgs -Vjh)其中，Un是电子迁移率，Cm是单位面积栅氧电容大小，(W/L)是MOS管的宽长比，Vgs-Vth是过驱动电压。开关管导通期间，栅极电压不变，然而源端电压在交流信号的作用下会有一定的波动，使得Ves也有一定程度的波动，从而影响导通电阻的线性度。如图2所示，为了使得这两个电压维持相对稳定，则在栅极加上一个电阻Re，它和寄生电容Ces形成一个高通路径，使得栅极电压随着源极电压的波动而波动，从而使得Ves的电压值相对不变。同样道理，阈值电压的大小和衬底电压引起的衬偏效应有关:
权利要求1.一种无源混频器，包括:跨导级电路，与该跨导级电路的输出端相连接的开关级电路，与该开关级电路的输出端相连接的负载级电路；其特征在于: 所述开关级电路，由第一 NMOS晶体管 第四NMOS晶体管,第三偏置电阻 第十偏置电阻组成； 第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管的源极与所述跨导级电路的一输出端相连接，第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管的源极与所述跨导级电路的另一输出端相连接； 第一 NMOS晶体管的栅极与第七偏置电阻的一端相连接，第四NMOS晶体管的栅极与第十偏置电阻的一端相连接，第七偏置电阻的另一端与第十偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入栅极的直流偏置电压及本振信号； 第二 NMOS晶体管的栅极与第八偏置电阻的一端相连接，第三NMOS晶体管的栅极与第九偏置电阻的一端相连接，第八偏置电阻的另一端与第九偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入栅极的直流偏置电压及本振信号； 第一 NMOS晶体管的衬底与第三偏置电阻的一端相连接，第二 NMOS晶体管的衬底与第四偏置电阻的一端相连接，第三偏置电阻的另一端与第四偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入衬底电压； 第三NMOS晶体管的衬底与第五偏置电阻的一端相连接，第四NMOS晶体管的衬底与第六偏置电阻的一端相连接，第五偏置电阻的另一端与第六偏置电阻的另一端相连接，其连接的节点输入衬底电压； 第一 NMOS晶体管的漏极与第三NMOS晶体管的漏极和所述负载级电路的正输入端相连接；第二 NMOS管的漏极与第四NMOS晶体管的漏极和所述负载级电路的负输入端相连接。
2.如权利要求1所述的无源混频器，其特征在于:所述跨导级电路由一个跨导放大器和一个共模负反馈电路组成； 共模负反馈电路通过电阻检测跨导放大器输出端的共模电压，将该共模电压和一个参考电压通过一个比较器比较后放大输出，并反馈到跨导放大器的尾电流管的栅极； 跨导级电路输入差分的射频电压信号，输出差分的电流信号。
3.如权利要求2所述的无源混频器，其特征在于:所述跨导放大器可以是共源放大器，也可以是PMOS晶体管和NMOS晶体管电流复用推挽输出结构的放大器。
4.如权利要求1所述的无源混频器，其特征在于:所述负载级电路由一个带有无源反馈网络的全差分的跨阻放大器构成； 跨阻放大器的正输入端与所述开关级电路中第一 NMOS晶体管的漏极和第三NMOS晶体管的漏极相连接；负输入端与所述开关级电路中第二 NMOS晶体管的漏极和第四NMOS晶体管的漏极相连接；第一电阻和第一电容的一端与跨阻放大器的正输入端相连接，另一端与跨阻放大器的负输出端相连接；第二电阻和第二电容的一端与跨阻放大器的负输入端相连接，另一端与跨阻放大器的正输出端相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种无源混频器，包括跨导级电路，与该跨导级电路的输出端相连接的开关级电路，与该开关级电路的输出端相连接的负载级电路；其中；在开关级电路的四个NMOS晶体管的栅极和衬底分别串联一电阻。本实用新型在不增加现有功耗的前提下，可以有效提高无源混频器的线性度。
文档编号H03D7/16GK203027200SQ201220620659
公开日2013年6月26日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者孙玉香 申请人:上海华虹集成电路有限责任公司