專利名稱：一種高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器，屬于集成電路技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在直接上變頻發(fā)射機(jī)中，首先為保證發(fā)射信號(hào)的信噪比，要求上混頻器輸入信號(hào) 的幅度足夠大；其次由于上混頻器輸入端的等效直流失調(diào)誤差電壓會(huì)在上混頻器的輸出端 引起本振泄露，本振泄露將惡化發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量。而發(fā)射信號(hào)的本振泄露抑制比決定于上 混頻器輸入端輸入信號(hào)的幅度和等效直流失調(diào)誤差電壓的比。因此為保證輸出信號(hào)的本振 泄露抑制比，就要求上混頻器的輸入信號(hào)幅度足夠大，或者對(duì)直流失調(diào)誤差電壓進(jìn)行抑制。 最后，上述兩點(diǎn)同時(shí)要求上混頻器輸入信號(hào)幅度足夠大，但是隨著輸入信號(hào)幅度增加，上混 頻器的線性度將惡化。因此直接上變頻發(fā)射機(jī)通常要求上變頻混頻器具有良好的線性度， 同時(shí)最好能夠?qū)斎攵说闹绷魇д{(diào)誤差電壓進(jìn)行抑制，而且最好是能夠獨(dú)立的抑制，就是 說抑制直流失調(diào)誤差電壓幾乎不影響上混頻器的線性度，而上述要求通常是難以做到的。另外電源電壓隨著工藝進(jìn)步不斷的減低，低電壓對(duì)電路設(shè)計(jì)提出了不小的挑戰(zhàn)。 對(duì)于上混頻器設(shè)計(jì)而言，由于其輸入信號(hào)幅度本身就足夠大，因此低電壓更加容易損害上 混頻器的性能，尤其是線性度性能。綜上所述，上變頻混頻器可能會(huì)被要求具有抑制直流失調(diào)誤差電壓的功能，并且 能夠在低電壓下工作。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，上述要求可能會(huì)惡化上變頻混頻器的線性度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器，輸入信號(hào) 通過放大器反饋加載到PM0S和NM0S電流鏡的漏極，從而即使工作在低電壓下都能保證輸 入信號(hào)能夠有較大的擺幅而不被限幅，從而保證整體上變頻混頻器的線性度。本發(fā)明提出的高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器，包括第一電流鏡，用于接收來自外部電源的第一偏置電壓和第二偏置電壓，以導(dǎo)通組 成該電流鏡的PM0S管，并輸出第一電流和第二電流；所述的第一電流鏡由四個(gè)PM0S管組 成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路PM0S管中的一個(gè)PM0S管的漏極與下一個(gè)PM0S管的源極相 連，位置相對(duì)稱的PM0S管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連，為共源共柵電流鏡；第一放大器，用于接收外部電源的第三偏置電壓，為組成該第一放大器的NM0S管 提供偏置電壓；接收外部電源的第一電壓，并將該第一電壓與該第一放大器輸出電壓的反 饋電壓進(jìn)行比較和放大，得到第一輸出電壓；所述的第一放大器的兩個(gè)輸入端分別與第一 電流鏡的一個(gè)輸出端及外部電源相連；第二放大器，用于接收外部電源的第三偏置電壓，為組成該第二放大器的NM0S管 提供偏置電壓；接收外部電源的第二電壓，并將該第二電壓與該第二放大器輸出電壓的反 饋電壓進(jìn)行比較和放大，得到第二輸出電壓；所述的第二放大器的兩個(gè)輸入端分別與第一電流鏡的另一個(gè)輸出端及外部電源相連；一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，用于接收上述第一放大器和第二放大器的反饋電壓，并轉(zhuǎn)換為信 號(hào)電流；所述的電阻網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)電阻串聯(lián)組成，電阻網(wǎng)絡(luò)的兩端分別與第一電流鏡的兩個(gè) 輸出端相連；頻率補(bǔ)償電路，用于對(duì)上述的第一放大器和第二放大器的反饋環(huán)路提供頻率補(bǔ) 償，所述的頻率補(bǔ)償電路由兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，為兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每一路都由電阻串 聯(lián)電容組成；每一路的兩端分別與上述的第一放大器和第二放大器的反饋電壓輸入端和輸 出端相連；第二電流鏡，用于接收所述的第一電流鏡輸出的第一電流以及電阻網(wǎng)路的信號(hào)電 流，通過構(gòu)成第二電流鏡的NM0S管折疊到輸出端，產(chǎn)生第一跨導(dǎo)電流；接收所述的第一放 大器輸出的第一輸出電壓，為組成第二電流鏡的下排NM0S管提供柵極偏置電壓；接收外部 電壓的第四偏置電壓，為組成第二電流鏡的上排NM0S管提供柵極偏置電壓；所述的第二電 流鏡由四個(gè)NM0S管組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路NM0S管中的一個(gè)NM0S管的源極與下 一個(gè)NM0S管的漏極相連，位置相對(duì)稱的NM0S管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連；第三電流鏡，用于接收所述的第一電流鏡輸出的第二電流以及電阻網(wǎng)路的信號(hào)電 流，通過構(gòu)成第四電流鏡的NM0S管折疊到輸出端，產(chǎn)生第二跨導(dǎo)電流；接收所述的第二放 大器輸出的第二輸出電壓，為組成第三電流鏡的下排NM0S管提供柵極偏置電壓；接收外部 電壓的第三偏置電壓，為組成第二電流鏡的上排NM0S管提供柵極偏置電壓；所述的第三電 流鏡由四個(gè)NM0S管組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路NM0S管中的一個(gè)NM0S管的源極與下 一個(gè)NM0S管的漏極相連，位置相對(duì)稱的NM0S管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連；整流和偏置電路，用于接收所述的第一跨導(dǎo)電流和第二跨導(dǎo)電流，經(jīng)過整流后將 第一跨導(dǎo)電流和第二跨導(dǎo)電流的頻率變換成射頻頻率，將具有射頻頻率的第一跨導(dǎo)電流和 第二跨導(dǎo)電流加載到負(fù)載電路，產(chǎn)生射頻輸出電壓。本發(fā)明提出的高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器，通過放大器反饋將輸 入信號(hào)加載到電阻上，因此保證了上變頻混頻器的線性度。輸入信號(hào)通過放大器反饋加載 到PM0S和NM0S電流鏡的漏極，從而能夠保證即使工作在低電壓下也能保證輸入信號(hào)有足 夠的幅度而不被限幅，從而保證該上變頻混頻器在低電壓、大幅度信號(hào)輸入條件下的線性 度。本發(fā)明具有消除等效直流失調(diào)誤差電壓的功能，并且該功能幾乎不影響到上混頻器的 線性度。


圖1是本發(fā)明提出的高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是圖1所示的上變頻混頻器中的第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、、第二 放大器和頻率補(bǔ)償電路的連接關(guān)系示意圖。圖3是圖1所示的上變頻混頻器中的和第二放大器的第一種具體實(shí)現(xiàn)形式。圖4是圖1所示的上變頻混頻器中的和第二放大器的第二種具體實(shí)現(xiàn)形式。圖5是圖1所示的上變頻混頻器中的第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、、第二 放大器和頻率補(bǔ)償電路在低電壓下工作的連接關(guān)系示意圖。圖6是圖4中的直流失調(diào)誤差電壓抑制電路的一種具體實(shí)現(xiàn)形式。
圖7是圖1所示的上變頻混頻器中的整流和偏置電路的一種具體實(shí)現(xiàn)形式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所 示，包括第一電流鏡，用于接收來自外部電源的第一偏置電壓和第二偏置電壓，以導(dǎo)通組 成該電流鏡的PMOS管，并輸出第一電流和第二電流。第一電流鏡，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由四 個(gè)PMOS管M575-M578組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路PMOS管中的一個(gè)PMOS管的漏極與 下一個(gè)PMOS管的源極相連，位置相對(duì)稱的PMOS管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連，為共源共 柵電流鏡；第一放大器，用于接收外部電源的第三偏置電壓，為組成該第一放大器的NMOS管 提供偏置電壓；接收外部電源的第一電壓，并將該第一電壓與該第一放大器輸出電壓的反 饋電壓進(jìn)行比較和放大，得到第一輸出電壓；所述的第一放大器的兩個(gè)輸入端分別與第一 電流鏡的一個(gè)輸出端及外部電源相連，如圖2所示；第二放大器，用于接收外部電源的第三偏置電壓，為組成該第二放大器的NMOS管 提供偏置電壓；接收外部電源的第二電壓，并將該第二電壓與該第二放大器輸出電壓的反 饋電壓進(jìn)行比較和放大，得到第二輸出電壓；所述的第二放大器的兩個(gè)輸入端分別與第一 電流鏡的另一個(gè)輸出端及外部電源相連，如圖2所示；—個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，用于接收上述第一放大器和第二放大器的反饋電壓，并轉(zhuǎn)換為信 號(hào)電流；所述的電阻網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)電阻串聯(lián)R566和R567組成，電阻網(wǎng)絡(luò)的兩端分別與第一電 流鏡的兩個(gè)輸出端相連，如圖2所示；頻率補(bǔ)償電路，用于對(duì)上述的第一放大器和第二放大器的反饋環(huán)路提供頻率補(bǔ) 償，所述的頻率補(bǔ)償電路由兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，為兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每一路都由電阻串 聯(lián)電容組成；每一路的兩端分別與上述的第一放大器和第二放大器的反饋電壓輸入端和輸 出端相連，如圖2所示；第二電流鏡，用于接收所述的第一電流鏡輸出的第一電流以及電阻網(wǎng)路的信號(hào)電 流，通過構(gòu)成第二電流鏡的NMOS管折疊到輸出端，產(chǎn)生第一跨導(dǎo)電流；接收所述的第一放 大器輸出的第一輸出電壓，為組成第二電流鏡的下排NMOS管提供柵極偏置電壓；接收外部 電壓的第四偏置電壓，為組成第二電流鏡的上排NMOS管提供柵極偏置電壓；所述的第二電 流鏡由四個(gè)NMOS管組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路NMOS管中的一個(gè)NMOS管的源極與下 一個(gè)NMOS管的漏極相連，位置相對(duì)稱的NMOS管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連，如圖2所 示；第三電流鏡，用于接收所述的第一電流鏡輸出的第二電流以及電阻網(wǎng)路的信號(hào)電 流，通過構(gòu)成第四電流鏡的NMOS管折疊到輸出端，產(chǎn)生第二跨導(dǎo)電流；接收所述的第二放 大器輸出的第二輸出電壓，為組成第三電流鏡的下排NMOS管提供柵極偏置電壓；接收外部 電壓的第三偏置電壓，為組成第二電流鏡的上排NMOS管提供柵極偏置電壓；所述的第三電 流鏡由四個(gè)NMOS管組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路NMOS管中的一個(gè)NMOS管的源極與下 一個(gè)NMOS管的漏極相連，位置相對(duì)稱的NMOS管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連，如圖2所 示；
整流和偏置電路，用于接收所述的第一跨導(dǎo)電流和第二跨導(dǎo)電流，經(jīng)過整流后將 第一跨導(dǎo)電流和第二跨導(dǎo)電流的頻率變換成射頻頻率，將具有射頻頻率的第一跨導(dǎo)電流和 第二跨導(dǎo)電流加載到負(fù)載電阻RlOl和R102，產(chǎn)生射頻輸出電壓。圖2是圖1所示的上變頻混頻器中的第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、、第二 放大器和頻率補(bǔ)償電路的連接關(guān)系示意圖。輸入信號(hào)電壓是第一電壓、第二電壓，輸出信號(hào) 電流是第一跨導(dǎo)電流、第二跨導(dǎo)電流。直流失調(diào)誤差電壓抑制模塊由數(shù)控總線D0C<5 0>控 制來抑制直流失調(diào)誤差電壓。第一偏置電壓和第二偏置電壓分別為第一電流鏡的PMOS管 子M575-M578提供偏置電壓；第四偏置電壓則為第二電流鏡、第三電流鏡的Cascode管子 M543-M546提供偏置電壓。第二電流鏡的M531-M532和第三電流鏡的M533-M534的柵極電 壓則分別由第一放大器和第二放大器的輸出電壓控制。輸入信號(hào)第一電壓和第二電壓分別 連接到第一放大器和第二放大器的正端，第一放大器和第二放大器的負(fù)端則分別連接到第 一電流鏡的兩個(gè)輸出端。第一放大器和第二放大器的負(fù)端通過電阻網(wǎng)絡(luò)相連，同時(shí)第一放 大器的負(fù)端既是第一電流鏡的一個(gè)輸出端又是第二電流鏡的輸入端，而第二放大器的負(fù)端 既是第一電流鏡的另一個(gè)輸出端又是第三電流鏡的輸入端。頻率補(bǔ)償電路的頻率補(bǔ)償是通 過電阻和電容構(gòu)成的Miller補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)的，其中電阻R562和電容C564構(gòu)成一個(gè)Miller補(bǔ) 償，而電阻R563和電容C565構(gòu)成另外一個(gè)Miller補(bǔ)償。 圖3是圖1所示的上變頻混頻器中的第一放大器和第二放大器的第一種具體實(shí)現(xiàn) 形式。PMOS管M701的柵極電壓由第三偏置電壓提供，構(gòu)成PMOS電流鏡；PMOS管M702、M703 構(gòu)成PMOS輸入差分對(duì)。NMOS管M704的柵極電壓由第三偏置電壓提供，從而構(gòu)成NMOS電流 鏡；NMOS管M705、M706構(gòu)成NMOS差分對(duì)。PMOS管M707、M708漏柵連接成二極管形式，分 別與PMOS管M708、M709構(gòu)成電流鏡；PMOS管M708漏極連接到放大器的輸出電壓。NMOS管 M710漏柵相連接成二極管形式，與NMOS管M712構(gòu)成電流鏡，作為PMOS差分對(duì)M702、M703 的負(fù)載；NMOS管M712的漏極連接到放大器的輸出電壓。PMOS電流鏡M709的漏極連接到 M710的漏極和柵極，然后經(jīng)過NMOS管M712折疊到放大器的輸出電壓。圖4是圖1所示的上變頻混頻器中的第一放大器和第二放大器的第二種具體實(shí)現(xiàn) 形式，是能夠抑制直流失調(diào)誤差電壓的放大器結(jié)構(gòu)。圖4中有兩個(gè)放大器電路，兩者具有相 同的結(jié)構(gòu)。第三偏置電壓給第一電流鏡的PMOS管M234以及M235提供偏置電壓。PMOS管 M230、M231構(gòu)成第一放大器的輸入差分對(duì)，而PMOS管M233、M232則構(gòu)成第二放大器的輸入 差分對(duì)。NMOS管M220、M221分別和與其源極連接的電阻R210、R211和兩個(gè)支流失調(diào)誤差 電壓抑制電路構(gòu)成電流鏡，作為第一放大器的有源負(fù)載，其中NMOS管M220的漏極和NMOS 管M220、M221的柵極連接，完成差分到單端的輸出；NMOS管M223、M222分別和與其源極連 接的電阻R213、R212和兩個(gè)支流失調(diào)誤差電壓抑制電路構(gòu)成電流鏡，作為第二放大器的有 源負(fù)載，其中NMOS管M223的漏極和NMOS管M223、M222的柵極連接，完成差分到單端的輸 出。直流失調(diào)誤差電壓抑制電路有4個(gè)260-263，每個(gè)電路的結(jié)構(gòu)相同，都有4個(gè)輸入輸出 端口，分別是TOP、GND、EN和CW<3:0>，但是端口的具體連接方式有所不同，具體說明如下 子模塊260-263的TOP端口，分別連接NMOS管M220-M223的源極，雖然4個(gè)控制子模塊的 控制總線CW<4:0>都連接到直流失調(diào)誤差電壓控制D0C<5:0>的低4位D0C<4:0>，但是模 塊260和262的EN端口是連接到D0C<5>，而模塊261和263則是連接到D0C<5>的反向信 號(hào)-D0C<5>。
圖5是圖1所示的上變頻混頻器中的第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、、第二放大器和頻率補(bǔ)償電路在低電壓下工作的連接關(guān)系示意圖。圖5和圖2的區(qū)別在于，無論 是第一電流鏡中的Cascode管M576、M578，還是第二電流鏡中的Cascode管M543-M544和 第三電流鏡中的Cascode管M545-M546都被去掉。這樣的目的是能夠保證該跨導(dǎo)電壓能夠 工作在更低電壓下。圖6是圖4中直流失調(diào)誤差電壓抑制電路的一種具體實(shí)現(xiàn)形式。電阻R611-R615 的一端都連接到端口 TOP，電阻的另外一端分別連接到NMOS開關(guān)管M601-M605的漏極。NMOS 開關(guān)管M601-M605的源極都連接到地，而NMOS開關(guān)管的柵極分別連接到與非門N621-N625 輸出。與非門N621-N625其中的一個(gè)輸入都連接到EN端口，與非門N621-N625另外的一個(gè) 輸入分別連接到控制總線CW<4:0>。圖7是圖1所示的整流和偏置電路的一種具體實(shí)現(xiàn)形式。所述整流和偏置電路有 外部電源提供的本振信號(hào)輸入LO+和L0-，L0+和LO-通過電容C135和C136交流耦合到整 流和偏置電路MOS管M131-M134的柵極。MOS管M131-M134柵極是外部電源提供的偏置電 壓通過電阻R139和R140分別來提供直流電壓的。最后結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明上變頻混頻器的工作原理。如圖2所示，上變頻混 頻器的線性度通常決定于該混頻器跨導(dǎo)級(jí)的線性度，該上變頻混頻器跨導(dǎo)級(jí)電路中第一放 大器和第二放大器的輸出分別連接到NMOS管M532和M533的柵極，從而使得環(huán)路1從PMOS 管M576的漏極經(jīng)過第一放大器和NMOS管M532再回到PMOS管M576的漏極和環(huán)路2從PMOS 管M578的漏極經(jīng)過第二放大器和NMOS管M533再回到PMOS管M578的漏極分別形成負(fù)反 饋。理論上，PMOS管M576漏極的信號(hào)電壓將完全跟隨第一放大器正端輸入信號(hào)的電壓， 而PMOS管M576漏極處的電壓也將完全跟隨第一放大器正端輸入信號(hào)電壓。從而由于放大 器的反饋?zhàn)饔?，該電路能夠?qū)⑼獠侩娫刺峁┑牡谝浑妷汉偷诙妷簬缀鯖]有畸變的復(fù)制到 PMOS管M576的漏極和PMOS管M578的漏極，然后加載到電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化到信號(hào)電流，從而保 證了該上變頻混頻器的線性度。電阻網(wǎng)絡(luò)有2個(gè)電阻R566和R567首尾相連。NMOS管M544 漏極的信號(hào)電流通過NMOS電流鏡M544、M532和M531、M543折疊到輸出端，產(chǎn)生第一跨導(dǎo) 電流；而NMOS管M545漏極的信號(hào)電流通過NMOS電流鏡M545、M533和M534、M546折疊到 輸出端，產(chǎn)生第二跨導(dǎo)電流。其次，由于PMOS M576的漏極又連接到NMOS M544的漏極，理 論上該點(diǎn)信號(hào)的擺放范圍是2Vdsat-Vdd-2Vdsat。同理，PMOS M578的漏極又連接到NMOS M545的漏極，理論上該點(diǎn)信號(hào)的擺幅范圍也是2Vdsat-Vdd-2Vdsat。由于有了上述這么寬 的動(dòng)態(tài)范圍，從而能夠保證輸入信號(hào)即使在大的擺幅下而不被限幅，從而保證了該上變頻 混頻器在大信號(hào)輸入下的線性度。從圖2中可見，PMOS管M575、M576和M577、M578分別構(gòu)成共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡。 而匪OS管M531、M543和M532、M544和M533、M545和M534、M546分別構(gòu)成共柵結(jié)構(gòu)的電流 鏡。PMOS共柵管M576、M578能夠保證PMOS管有更大的輸出電阻，從而PMOS管輸出電流基 本不隨著第一放大器和第二放大器負(fù)端的電壓擺幅而變化，從而消除了上述二階效應(yīng)帶來 的非線性。NMOS共柵管M543-M546能夠保證NMOS電流鏡M531-M534更好的匹配度。另外 由于輸出端連接到整流和偏置電路NMOS管的源極，NMOS共源管M543和M546能夠?yàn)檎?和偏置電路射頻部分和輸出基帶部分提供很好的隔離。如前所述，圖2中PMOS管M576和N578漏極信號(hào)擺幅范圍是2Vdsat-Vdd_2Vdsat，如果第一放大器和第二放大器能夠保證其有軌到軌的共模電壓輸入范圍，從而就能夠保證 輸入信號(hào)的擺幅只要在滿足Vdsat-Vdd-Vds范圍之內(nèi)，跨導(dǎo)級(jí)的線性度就沒有明顯的惡 化。反過來，我們可以理解為該電路結(jié)構(gòu)適合于低電壓工作。圖3所示的是具有軌到軌共模 輸入電壓范圍的第一放大器或第二放大器結(jié)構(gòu)。PMOS管M701構(gòu)成PMOS差分對(duì)M702、M703 的尾電流源；NMOS電流鏡M710、M712構(gòu)成PMOS差分對(duì)的有源負(fù)載，NMOS管M710漏柵連接成 二級(jí)管形式，將PMOS管電流折疊到放大器輸出，完成差分到單端的轉(zhuǎn)換。NMOS管M704構(gòu)成 NMOS差分對(duì)705、706的尾電流源；匪OS電流鏡M707、M710和M708、M709分別構(gòu)成電流鏡，從 而將NMOS差分對(duì)M705、M706折疊；實(shí)際上，連同NMOS管電流鏡M710、M712構(gòu)成電流模放大 器。放大器的正端輸入連接到NMOS管M705的柵極和PMOS管M702的柵極，放大器的負(fù)端輸 入連接到NMOS管706的柵極和PMOS管703的柵極。假設(shè)電源電壓Vdd大于2VgS+2Vdsat， 則放大器的共模輸入電壓范圍是Ο-Vdd。綜合上述2點(diǎn)，本發(fā)明的上變頻混頻器結(jié)構(gòu)能夠 保證在2Vdsat-Vdd-2Vdsat的電壓范圍之內(nèi)保證輸入信號(hào)不被限幅，因此該上變頻混頻器 結(jié)構(gòu)非常適合于低電壓下工作。如果要求上述混頻器能夠在更低電壓下工作，可以采用圖 5所示的結(jié)構(gòu)。圖5所示的結(jié)構(gòu)與圖2所示的結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于所有共源共柵的電流鏡結(jié)構(gòu) 都改成單管的電流鏡結(jié)構(gòu)，從而保證放大器正端輸入信號(hào)的擺幅是Vdsat-Vdd-Vdsat，從而 能夠保證該混頻器能夠在更低的電壓下工作。 如果要求該上跨導(dǎo)具有對(duì)直接失調(diào)誤差電壓的抑制功能，可以采用圖4所示的 放大器結(jié)構(gòu)。圖4有2個(gè)放大器電路，兩者具有相同的結(jié)構(gòu)。以第一放大器為例，PMOS管 M234經(jīng)過第三偏置電壓對(duì)其柵極的電壓偏置構(gòu)成PMOS差分對(duì)M230和M231的尾電流源。 NMOS管M220和M221以及各自源極連接的電阻和直流失調(diào)誤差電壓抑制電路構(gòu)成電流鏡， 作為PMOS差分對(duì)M230、M231的有源負(fù)載。圖6是直流失調(diào)誤差電壓抑制電路的具體實(shí)現(xiàn) 形式，實(shí)質(zhì)上該電路是一組具有比例大小的、并且受到NMOS開關(guān)管控制的電阻。具體直流 失調(diào)誤差電壓的抑制過程如下，在此還是通過具體的實(shí)例來說明上述過程。假設(shè)所有等效 到上混頻器輸入端的直流失調(diào)誤差電壓是10mV，不妨假設(shè)輸入端第一電壓的電壓高于第二 電壓10mV。所謂“所有的等效”是指該直流失調(diào)誤差電壓即包括上混頻器由于失配而導(dǎo)致 的等效輸入直流失調(diào)誤差電壓，同樣也包括所有上混頻器前級(jí)電路等效到上混頻器輸入端 的直流失調(diào)誤差電壓，譬如說數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路的直流失調(diào)電壓。由于第一電壓高于第二 電壓，而直流失調(diào)誤差電壓的抑值過程最終要求第一放大器和第二放大器負(fù)端節(jié)點(diǎn)的直流 電壓近似相等。因此我們將D0C<5>設(shè)置為“0”，這樣-D0C<5>經(jīng)過反相器設(shè)計(jì)為“1”。對(duì) 于第一放大器而言，直流失調(diào)誤差電壓抑制模塊260、26IEN分別是“0”和“ 1 ”，因此子模塊 260中所有的NMOS開關(guān)都是導(dǎo)通的；而子模塊261中電阻是否導(dǎo)通還是關(guān)閉是通過控制字 D0C<4:0>來決定，因此流經(jīng)PMOS管M230的電流大于流經(jīng)PMOS管M231的電流，也就是說 PMOS管M230的Vgs電壓絕對(duì)值大于PMOS管M231的Vgs電壓的絕對(duì)值，從而第一放大器負(fù) 端節(jié)點(diǎn)的直流電壓要比第二放大器負(fù)端節(jié)點(diǎn)的直流電壓要低。同理我們可以推斷節(jié)點(diǎn)598 的直流電壓要比節(jié)點(diǎn)502的直流電壓要高。在D0C<5>為“0”時(shí)，調(diào)節(jié)控制字D0C<4:0>能 夠改變子模塊261和263導(dǎo)通電阻阻值的大小，從而能夠改變第一放大器和第二放大器負(fù) 端電壓差的大小，從而有可能近似抵消IOmV直流失調(diào)誤差，保證直流失調(diào)誤差電壓幾乎相 等，增加上混頻器輸入的本振泄露抑制比。最后需要考慮到上述跨導(dǎo)的穩(wěn)定性。無論是圖3還是圖4的放大器結(jié)構(gòu)，都是理解成為單極放大器。而反饋環(huán)路都是2級(jí)結(jié)構(gòu)，具體說來，圖2中反饋環(huán)路1利用第一放大 器作為反饋環(huán)路的第一級(jí)放大單元，而NMOS管M532可以看作反饋環(huán)路的第二級(jí)放大單元； 上述環(huán)路的主極點(diǎn)位于第一放大器的輸出，而次主極點(diǎn)位于第一放大器負(fù)端。通常由于連 接第一放大器負(fù)端的電阻R566的阻值通常在kOhm的量級(jí)，次主機(jī)點(diǎn)通常遠(yuǎn)離主極點(diǎn)，電路 可能不需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償。如果主極點(diǎn)和次主極點(diǎn)相隔不是很遠(yuǎn)，就需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償。圖 2中電容C564和電阻R562構(gòu)成密勒補(bǔ)償電路。而反饋環(huán)路2利用第二放大器作為反饋環(huán) 路的第一級(jí)放大單元，而NMOS管M533可以看作反饋環(huán)路的第二級(jí)放大單元。同理，該反饋 環(huán)路的主極點(diǎn)位 于第二放大器的輸出，次主極點(diǎn)則位于第二放大器的負(fù)端。而電容C565和 電阻R563則構(gòu)成該環(huán)路的密勒補(bǔ)償電路。
權(quán)利要求
一種高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器，其特征在于該上變頻混頻器包括第一電流鏡，用于接收來自外部電源的第一偏置電壓和第二偏置電壓，以導(dǎo)通組成該電流鏡的PMOS管，并輸出第一電流和第二電流；所述的第一電流鏡由四個(gè)PMOS管組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路PMOS管中的一個(gè)PMOS管的漏極與下一個(gè)PMOS管的源極相連，位置相對(duì)稱的PMOS管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連，為共源共柵電流鏡；第一放大器，用于接收外部電源的第三偏置電壓，為組成該第一放大器的NMOS管提供偏置電壓；接收外部電源的第一電壓，并將該第一電壓與該第一放大器輸出電壓的反饋電壓進(jìn)行比較和放大，得到第一輸出電壓；所述的第一放大器的兩個(gè)輸入端分別與第一電流鏡的一個(gè)輸出端及外部電源相連；第二放大器，用于接收外部電源的第三偏置電壓，為組成該第二放大器的NMOS管提供偏置電壓；接收外部電源的第二電壓，并將該第二電壓與該第二放大器輸出電壓的反饋電壓進(jìn)行比較和放大，得到第二輸出電壓；所述的第二放大器的兩個(gè)輸入端分別與第一電流鏡的另一個(gè)輸出端及外部電源相連；一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，用于接收上述第一放大器和第二放大器的反饋電壓，并轉(zhuǎn)換為信號(hào)電流；所述的電阻網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)電阻串聯(lián)組成，電阻網(wǎng)絡(luò)的兩端分別與第一電流鏡的兩個(gè)輸出端相連；頻率補(bǔ)償電路，用于對(duì)上述的第一放大器和第二放大器的反饋環(huán)路提供頻率補(bǔ)償，所述的頻率補(bǔ)償電路由兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，為兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每一路都由電阻串聯(lián)電容組成；每一路的兩端分別與上述的第一放大器和第二放大器的反饋電壓輸入端和輸出端相連；第二電流鏡，用于接收所述的第一電流鏡輸出的第一電流以及電阻網(wǎng)路的信號(hào)電流，通過構(gòu)成第二電流鏡的NMOS管折疊到輸出端，產(chǎn)生第一跨導(dǎo)電流；接收所述的第一放大器輸出的第一輸出電壓，為組成第二電流鏡的下排NMOS管提供柵極偏置電壓；接收外部電壓的第四偏置電壓，為組成第二電流鏡的上排NMOS管提供柵極偏置電壓；所述的第二電流鏡由四個(gè)NMOS管組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路NMOS管中的一個(gè)NMOS管的源極與下一個(gè)NMOS管的漏極相連，位置相對(duì)稱的NMOS管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連；第三電流鏡，用于接收所述的第一電流鏡輸出的第二電流以及電阻網(wǎng)路的信號(hào)電流，通過構(gòu)成第四電流鏡的NMOS管折疊到輸出端，產(chǎn)生第二跨導(dǎo)電流；接收所述的第二放大器輸出的第二輸出電壓，為組成第三電流鏡的下排NMOS管提供柵極偏置電壓；接收外部電壓的第三偏置電壓，為組成第二電流鏡的上排NMOS管提供柵極偏置電壓；所述的第三電流鏡由四個(gè)NMOS管組成，為縱向兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每路NMOS管中的一個(gè)NMOS管的源極與下一個(gè)NMOS管的漏極相連，位置相對(duì)稱的NMOS管的柵極與同一個(gè)偏置電壓相連；整流和偏置電路，用于接收所述的第一跨導(dǎo)電流和第二跨導(dǎo)電流，經(jīng)過整流后將第一跨導(dǎo)電流和第二跨導(dǎo)電流的頻率變換成射頻頻率，將具有射頻頻率的第一跨導(dǎo)電流和第二跨導(dǎo)電流加載到負(fù)載電路，產(chǎn)生射頻輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高線性度且適合低電壓工作的上變頻混頻器，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。包括第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、第二放大器、一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)以及整流和偏置電路。輸入信號(hào)通過放大器反饋加載到PMOS和NMOS電流鏡的漏極，在低電壓下保證輸入信號(hào)能夠有較大的擺幅而不被限幅，保證整體上變頻混頻器在低電壓、大幅度信號(hào)輸入條件下的線性度。本發(fā)明具有消除等效直流失調(diào)誤差電壓的功能，并且該功能幾乎不影響到上混頻器的線性度。
文檔編號(hào)H03D7/12GK101873102SQ201010165379
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者羅可欣 申請(qǐng)人:北京利云技術(shù)開發(fā)公司