CN101447793B - 混频器和直接下变频接收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混频器，包括：转换电路，其包括差分连接的开关管M1和开关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；下变频电路，其包括差分连接的共源极开关管对M3和M4及共源极开关管对M5和M6，用于把由转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；负载电路，其包括差分连接的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流信号转变为电压信号；容性阻抗电路，用于抵消开关管对M3和M4的共源极A点和/或开关管对M5和M6的共源极B点的寄生电容。本发明在不引入额外功耗的前提下可以有效消除混频器的闪烁噪声。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种低噪声下变频混频器和一种直接下变频接收器。
背景技术
在现代无线通讯设备中，直接下变频接收器(Direct DownConversion Receiver)因其成本低、功耗小等优点而得到越来越普遍的应用。
混频器是直接下变频接收器中的重要器件。CMOS工艺在半导体制造领域所占比重逐渐增加，目前直接下变频接收器的混频器通常采用基于CMOS工艺的吉尔伯特型混频器。
CMOS工艺的传统吉尔伯特型混频器的结构如图1所示，其由射频输入放大电路、开关管以及负载输出电路组成。射频电压信号由输入级跨导管M1、M2转换为电流信号，再经两个开关管对(M3、M4，M5、M6)下变频到中频或基带，最后由负载电阻R1、R2放大输出。由于开关管共源极A点和B点寄生电容Cp1和Cp2的存在，此混频器在工作过程中会产生较高的低频闪烁噪声输出。由此可见，CMOS工艺的传统吉尔伯特型混频器成为直接下变频接收器中闪烁噪声的主要贡献源，难以满足直接下变频接收器对于闪烁噪声的要求。
图2示出了是吉尔伯特型混频器的简化模型。其低频闪烁噪声产生机理为：本地振荡源VLo驱动混频器的开关管M2和开关管M3以特定频率切换，开关管的低频闪烁噪声源Vfn随着开关管的切换对开关管的共源极寄生电容Cp进行反复充放电，从而在共源极A点上形成一个电流噪声，其噪声水平与Cp成正比，中心频率为本地振荡频率。此电流噪声再由开关管下变频到负载级，从而形成混频器低频闪烁噪声输出。
传统吉尔伯特型混频器的降噪手段是通过向开关管的共源极A、B点注入直流电流I1和电流源I2降低通过开关管的电流，从而降低混频器的闪烁噪声。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术为了降低混频器闪烁噪声，需要减小流过开关管的电流，但是这种方法因为是被动地降低混频器闪烁噪声源的大小，所以对于噪声的抑制效果有限。
发明内容
本发明旨在提供一种低噪声下变频混频器，能够解决现有技术的下变频混频器闪烁噪声较大的问题。
在本发明的实施例中，提供了一种用于降低闪烁噪声的下变频混频器，包括：转换电路，其包括差分连接的开关管M1和开关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；下变频电路，其包括差分连接的开关管对M3和M4及开关管对M5和M6，用于把由所述转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；负载电路，其包括差分连接的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流信号转变为电压信号；容性阻抗电路，用于抵消开关管对M3和M4的共源极A点和/或开关管对M5和M6的共源极B点的寄生电容。
优选地，容性阻抗电路包括反相器U1、开关管M11及电容器Cs1，反相器U1设置于开关管对M3和M4的共源极A点或开关管对M5和M6的共源极B点与开关管M11的栅极之间；开关管M11的漏极分别与开关管对M3和M4的共源极A点或开关管对M5和M6的共源极B点相连；电容器Cs1设置于开关管M11的源极与地之间。
优选地，反相器是单位增益反相器。
优选地，容性阻抗电路包括电容器Cs、电流源I1和电流源I2以及开关管M7和开关管M8，开关管M7和开关管M8的漏极分别与开关管对M3和M4与开关管对M5和M6的共源极A点和B点相连；开关管M7和开关管M8的栅极和漏极彼此交叉相连；电容器Cs，设置于开关管M7和开关管M8的源极之间；电流源I1和电流源I2，分别设置于开关管M7和开关管M8的源极与地之间。
优选地，电流源包括开关管M9和开关管M10，其中开关管M9和开关管M10的栅极连接偏置电流源，其源极分别与参考电压VDD相连，其漏极分别与开关管M7和开关管M8的源极相连。
优选地，上述开关管为CMOS管。
在本发明的实施例中，提供了一种直接下变频接收器，其包括上述任一种混频器。
上述实施例提供了具有闪烁噪声抑制能力的混频器和直接下变频接收器，其通过在混频器开关管共源极上连接具有容性输入阻抗特性的电路，来抵消该点的寄生电容，从而抑制闪烁噪声。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据相关技术的一种双差分吉尔伯特型混频器的电路图；
图2示出了图1的吉尔伯特型混频器的简化电路图；
图3示出了根据本发明一个实施例的包含噪声消除电路的吉尔伯特型混频器的电路图；
图4示出了根据本发明一个实施例的容性阻抗电路L1和容性阻抗电路L2的单端源极电容退化实现形式电路图；
图5示出了根据本发明一个实施例的容性阻抗电路L1和容性阻抗电路L2的差分源极电容退化实现形式电路图；
图6示出了根据本发明一个实施例的吉尔伯特型混频器的电路图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
图3所示为本发明的包含容性阻抗电路的吉尔伯特型混频器的电路图，包括：
转换电路，其包括构成差分电路的开关管M1和开关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；
下变频电路，其包括构成差分电路的开关管对M3和M4与开关管对M5和M6，用于把由转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；
负载电路，其包括构成差分电路的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流信号转变为电压信号；以及
容性阻抗电路L1和容性阻抗电路L2，用于抵消所述开关管对M3和M4与开关管对M5和M6的共源极A点和B点的寄生电容(即图3中的Cp1和Cp2)。
该实施例的容性阻抗电路L1和容性阻抗电路L2在开关管共源极连接一个有源电容，可以抵消掉该点的寄生电容Cp，则相当于切断了开关管闪烁噪声的对地回路，从而有效降低混频器的闪烁噪声水平，因此实现了有效的噪声消除电路。
在电路工作带宽内，其从输入点A点或B点看进去的输入阻抗是一个负容抗，其大小与Cs值相关，通过合理选择Cs的电容值，可以使容性输入阻抗与共源极寄生电容Cp1和寄生电容Cp2恰好抵消，达到显著提高混频器的闪烁噪声抑制能力的目的。
图4示出了根据本发明一个实施例的容性阻抗电路的单端源极电容退化实现形式电路图，其包括：反相器U1、开关管M11及电容器Cs1，其中，
反相器U1设置于开关管对M3和M4共源极A点或开关管对M5和M6的共源极B点与开关管M11的栅极之间；
开关管M11的漏极与开关管对M3和M4共源极A点或开关管对M5和M6的共源极B点相连；
电容器Cs1设置于开关管M11的源极与地之间。
优选地，反相器U1是单位增益反相器，即增益为-1。
优选地，混频器电路包括两个上述容性阻抗电路，分别连接开关管对M3和M4共源极A点与开关管对M5和M6的共源极B点。
优选地，开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4、开关管M5、开关管M6和开关管M11为CMOS管。
图5示出了根据本发明一个实施例的容性阻抗电路的差分源极电容退化实现形式电路图，包括：电容器Cs、电流源I1和电流源I2以及开关管M7和开关管M8，其中
开关管M7和开关管M8的漏极分别与开关管对M3和M4与开关管对M5和M6的共源极A和B点相连；
开关管M7和开关管M8的栅极和漏极彼此交叉相连；
电容器Cs，设置于所述开关管M7和开关管M8的源极之间；
电流源I1和电流源I2，分别设置于所述开关管M7和开关管M8的源极与地之间。
图5的电路中开关管M7和开关管M8为差分跨导放大管，其栅极和漏极彼此交叉连接形成差分输入点。两个对地源极退化电容合并为一个差分电容Cs，两端分别与开关管M7和开关管M8的源极相连。开关管M7和开关管M8由直流电流源I1和电流源I2分别提供工作电流。该实施例的差分电路中的两路信号互为反相，可以省去图4电路中的单位增益反相器。
优选地，开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4、开关管M5、开关管M6、开关管M7和开关管M8为CMOS管。
图6示出了根据本发明一个实施例的吉尔伯特型混频器的电路图，包括：转换电路，其包括构成差分电路的开关管M1和开关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；下变频电路，其包括构成差分电路的开关管对M3和M4与开关管对M5和M6，用于把由转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；负载电路，其包括构成差分电路的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流信号转变为电压信号；容性阻抗电路，用于抵消开关管对M3和M4与开关管对M5和M6的共源极A和B点的寄生电容Cp1和寄生电容Cp2。
该图中的容性阻抗电路包括：开关管M7、开关管M8、开关管M9、开关管M10和电容器Cs，其中，
开关管M9和开关管M10的栅极与偏置电路相连形成电流源，其源极分别与参考电压VDD相连，其漏极分别与开关管M7和开关管M8的源极相连为其提供电流；
开关管M7和开关管M8的源极之间连接一个差分源极退化电容Cs，同时开关管M7和开关管M8的栅极和漏极彼此交叉连接；
开关管M7和开关管M8的漏极分别与开关管对M3和M4与开关管对M5和M6的共源极A和B点相连。
优选地，开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4、开关管M5、开关管M6、开关管M7、开关管M8、开关管M9和开关管M10为CMOS管。
该实施例给出了图5中的偏置电流源I1和I2的实现方式。
在图3-6中，开关管为P沟道MOS管或N沟道MOS管。但本发明并不限定与此，在本发明的其他实施例中，这些开关管也可选为与图3-6中的MOS管类型相反的N沟道MOS管或P沟道MOS管。
在本发明的实施例中，提供了一种直接下变频接收器，其包括上述任一种混频器，这样就可以减少直接下变频接收器中的闪烁噪声。
上述实施例通过在混频器开关管共源极上连接具有容性输入阻抗特性的电路，来抵消该点的寄生电容，从而抑制混频器闪烁噪声。容性输入阻抗电路可以采用有源电路实现，与开关管共源极的直流电流注入电路合并，不会为混频器引入额外的功耗，同时还能降低通过开关管的电流，实现更低的闪烁噪声水平。
同时，传统吉尔伯特型混频器减小开关管电流还会恶化混频器的线性度，而本发明上述实施例的混频器不单纯依赖减少开关管电流实现降噪目的，因此对混频器线性度的影响比较小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种混频器，其特征在于，包括：
转换电路，其包括差分连接的开关管M1和开关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；
下变频电路，其包括差分连接的共源极开关管对M3和M4与共源极开关管对M5和M6，用于把由所述转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；
负载电路，其包括差分连接的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流信号转变为电压信号；
容性阻抗电路，用于抵消所述开关管对M3和M4的共源极A点和/或开关管对M5和M6的共源极B点的寄生电容，其中，
所述容性阻抗电路包括：电容器Cs、电流源I1和电流源I2以及开关管M7和开关管M8，其中
所述开关管M7和开关管M8的漏极分别与所述共源极A、B点相连，所述开关管M7和开关管M8的栅极和漏极彼此交叉相连；
所述电容器Cs，设置于所述开关管M7和开关管M8的源极之间；
所述电流源I1和电流源I2，分别设置于所述开关管M7和开关管M8的源极与地之间。
2.根据权利要求1所述的混频器，其特征在于，所述电流源包括：
开关管M9和开关管M10，其中
所述开关管M9和开关管M10的栅极连接偏置电流源Vb，其源极分别与参考电压VDD相连，其漏极分别与所述开关管M7和开关管M8的源极相连。
3.根据权利要求1或2所述的混频器，其特征在于，所述开关管M1-M6为CMOS管。
4.根据权利要求2所述的混频器，其特征在于，所述开关管M7-M10为CMOS管。
5.一种直接下变频接收器，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的混频器。
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