CN105391404A - 一种基于石墨烯场效应管的双平衡混频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于石墨烯场效应管的双平衡混频器，四个石墨烯场效应管的栅极、源极、漏极交叉连接在一起，通过外部电路连接到差分输入、输出端口。本发明具有如下优点：四个石墨烯场效应管的栅极、源极、漏极交叉连接在一起，通过外部电路连接到差分输入、输出端口，通过这种交叉耦合的方式，有效抑制电路的高频分量，提高了线性度，抑制了穿通，减小了噪声。

Description

一种基于石墨烯场效应管的双平衡混频器

技术领域

本发明涉及混频器领域，具体涉及一种基于石墨烯场效应管的双平衡混频器。

背景技术

在通信系统和其他的电子系统中，经常需要利用被称为频率转换器或混频器的电路将某一射频(RF)带内的信号转换至另一中频(IF)带，或相反。在混频器处的这种信号频率转换过程期间，转换后的输出信号功率电平和转换前的输入信号功率电平之间的比值被称为转换增益(CG)，该值度量了转换过程的效率。混频器的工作带宽经常被定义为使转换增益保持合理高水平的频带。

混频器的输出信号会因为转换过程的非线性而失真和混入乱真信号。双平衡混频器因为其高杂散和端口到端口高度的信号泄漏抑制(端口间隔离度)而成为用于频率转换的很常用的选择。但是，现有的硅基混频器线性度仍不高。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于石墨烯场效应管的双平衡混频器。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种基于石墨烯场效应管的双平衡混频器，包括：第一石墨烯场效应管，所述第一石墨烯场效应管的栅极连接差分信号正输入端，所述第一石墨烯场效应管的漏极连接射频信号负输入端，所述第一石墨烯场效应管的源极连接混频信号正输出端；第二石墨烯场效应管，所述第二石墨烯场效应管的栅极连接所述差分正输入端，所述第二石墨烯场效应管的漏极连接射频信号正输入端，所述第一石墨烯场效应管的源极连接混频信号负输出端；第三石墨烯场效应管，所述第三石墨烯场效应管的栅极连接差分信号负输入端，所述第三石墨烯场效应管的漏极连接所述射频信号负输入端，所述第三石墨烯场效应管的源极连接所述混频信号负输出端；和第四石墨烯场效应管，所述第四石墨烯场效应管的栅极连接所述差分信号负输入端，所述第四石墨烯场效应管的漏极连接所述射频信号正输入端，所述第四石墨烯场效应管的源极连接所述混频信号正输出端。

根据本发明实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器，四个石墨烯场效应管的栅极、源极、漏极交叉连接在一起，通过外部电路连接到差分输入、输出端口。通过这种交叉耦合的方式，有效抑制电路的高频分量，提高了线性度，抑制了穿通，减小了噪声。同时，此方案也可以将四个场效应管的不一致性造成的影响减弱。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器的仿真电路图；

图3是本发明一个实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器及外围电路的电路示意图；

图4是本发明一个实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器的测试结果示意图；

图5是本发明另一个实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器的测试结果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的石墨烯场效应管的双平衡混频器。

图1是本发明一个实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器的结构示意图。请参考图1，本发明的实施例的石墨烯场效应管的双平衡混频器，包括第一石墨烯场效应管T1、第二石墨烯场效应管T2、第三石墨烯场效应管T3和第四石墨烯场效应管T4。

第一石墨烯场效应管T1的栅极连接本振信号正输入端LO⁺，漏极连接射频信号负输入端RF^-，源极连接中频信号正输出端IF⁺。

第二石墨烯场效应管T2的栅极连接本振信号正输入端LO⁺，漏极连接射频信号正输入端RF⁺，源极连接中频信号负输出端IF^-。

第三石墨烯场效应管T3的栅极连接本振信号负输入端LO^-，漏极连接射频信号负输入端RF^-，源极连接中频信号负输出端IF^-。

第四石墨烯场效应管T4的栅极连接本振信号负输入端LO^-，漏极连接射频信号正输入端RF⁺，源极连接中频信号正输出端IF⁺。

以下将结合仿真实验来说明本发明的有益效果。请参考图2，第一石墨烯场效应管T1、第二石墨烯场效应管T2、第三石墨烯场效应管T3和第四石墨烯场效应管T4的参数如下表：

其中，W代表沟道宽度，ro_0代表沟道残余载流子浓度，l代表栅长，Tox代表栅氧化层厚度，Mu代表载流子迁移率,Vgs0代表背栅狄拉克点电压，Rc0代表源漏接触电阻。

本实施例选用四个参数完全相同的石墨烯场效应管对线性度进行检测。

请参考图3，以下将按照图中的方向说明基于石墨烯场效应管的双平衡混频器及外围电路。基于石墨烯场效应管的双平衡混频器的左侧为射频信号输入电路、上侧为差分信号输入电路、右侧为混频信号输出电路。需要注意的是，本领域人员可以理解在实际应用中的连接关系并不限于图中所述的“左侧”、“右侧”和“上侧”的位置关系。

射频信号输入电路包括射频信号输入源PORT1和第一巴伦RF，用于提供射频信号。

本振信号输入电路包括本振输入端PORT2、第二巴伦CMP2，以及同时连接在第一石墨烯场效应管T1、第二石墨烯场效应管T2、第三石墨烯场效应管的栅极T3和第四石墨烯场效应管T4的栅极直流偏置信号SRC2。本振信号输入电路用于提供本振频率。

中频信号输出电路包括混合巴伦CMP3、同时连接在第一石墨烯场效应管T1、第二石墨烯场效应管T2、第三石墨烯场效应管T3和第四石墨烯场效应管T4漏端的直流偏置信号SRC1，以及混频信号输出端TERM。中频信号输出电路用于输出混频信号。

外围电路参数和计算公式为：IFfreq＝RFfreq-LOfreq,其中IFfreq代表中频信号，RFfreq代表射频信号，LOfreq代表本振信号。Pout(dBm)＝Pin(dBm)+G(dB)，Pout代表输出功率，Pin代表输入功率，G代表增益。OIP3＝ip3_out(Vout,{-1,1,0},{-1,2,-1}),其中，OIP3为三阶交调输出点。三阶交调输出点，公式为仿真软件ADS内置的计算公式。三阶交调输入点IIP3的计算公式为：IIP3(dBm)＝OIP3(dBm)-G(dB)。

请参考图4，在本发明的一个示例中，基于石墨烯场效应管的双平衡混频器在1dB压缩点(实线与理论值直线相差1dB的点对应的RFpower)，越大表示线性度越好，对应约为-3dBm的位置；三阶交调点inputim3的值，越大表示高阶信号越弱，线性度越好。结果如下所示：

中频频率	转换增益	三阶交调输入点	三阶交调输出点
				100MHz	-36.412	7.774	-28.638

请参考图5，在本发明的一个示例中，基于石墨烯场效应管的双平衡混频器在1dB压缩点(实线与理论值直线相差1dB的点对应的RFpower)，越大表示线性度越好，对应约为-3dBm的位置；三阶交调点inputim3的值，越大表示高阶信号越弱，线性度越好。结果如下所示：

中频频率	转换增益	三阶交调输入点	三阶交调输出点
				100MHz	-40.680	11.489	-29.191

由此可知，本发明实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器较大带宽内具有非常高的线性度。

另外，本发明实施例的基于石墨烯场效应管的双平衡混频器的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (1)

1.一种基于石墨烯场效应管的双平衡混频器，其特征在于，包括：

第一石墨烯场效应管，所述第一石墨烯场效应管的栅极连接本振信号正输入端，所述第一石墨烯场效应管的漏极连接射频信号负输入端，所述第一石墨烯场效应管的源极连接中频信号正输出端；

第二石墨烯场效应管，所述第二石墨烯场效应管的栅极连接所述本振信号正输入端，所述第二石墨烯场效应管的漏极连接射频信号正输入端，所述第一石墨烯场效应管的源极连接中频信号负输出端；

第三石墨烯场效应管，所述第三石墨烯场效应管的栅极连接本振信号负输入端，所述第三石墨烯场效应管的漏极连接所述射频信号负输入端，所述第三石墨烯场效应管的源极连接所述中频信号负输出端；和

第四石墨烯场效应管，所述第四石墨烯场效应管的栅极连接所述本振信号负输入端，所述第四石墨烯场效应管的漏极连接所述射频信号正输入端，所述第四石墨烯场效应管的源极连接所述中频信号正输出端。