專利名稱：射頻識別中的高線性度混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混頻器，特別是涉及一種射頻識別中的高線性度混頻器。
技術(shù)背景
在射頻識別(RFID)的通訊系統(tǒng)中，混頻器是最重要的電路模塊之一，它向下轉(zhuǎn)換得到的是中頻或零頻信號，向上轉(zhuǎn)換得到的是射頻信號。因為混頻器有著兩種頻率的信號， 同時射頻信號也已經(jīng)被低噪聲放大器放大，所以對線性度等指標的要求比較高。對于混頻器電路，大體上分兩種結(jié)構(gòu)，一種是有源混頻器，即Gilbert結(jié)構(gòu)，另一種是無源混頻器。有源混頻器的噪聲系數(shù)和增益都比較好，而無源混頻器則有著較高的線性度，所以設(shè)計高線性度的有源混頻器是個難題。
如圖1所示，為現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路圖，現(xiàn)有Gilbert混頻器是由跨導(dǎo)電路、開關(guān)電路和負載電路組成。
所述負載電路包括第一負載電阻R2和第二負載電阻R3,第一負載電阻R2和第二負載電阻R3的第一端都和電源電壓VDD相連。
所述開關(guān)電路包括第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3,所述第一 NMOS開關(guān)管禮和第二 NMOS開關(guān)管M3的源極相連接且該連接處形成所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端，所述第一NMOS開關(guān)管M2的漏極和第一負載電阻&的第二端相連、所述第二NMOS開關(guān)管M3的漏極和第二負載電阻民的第二端相連。所述第一負載電阻&的第二端為所述負載電路的第一輸出端并組成第一信號輸出端，所述第二負載電阻民的第二端為所述負載電路的第二輸出端并組成第二信號輸出端，所述第一信號輸出端和第一輸出隔直電容C2的第一端相連、所述第二信號輸出端和第二輸出隔直電容C3的第一端相連，第一輸出隔直電容 C2的第二端輸出中頻電壓信號IF+、第二輸出隔直電容C3的第二端輸出中頻電壓信號IE-。 所述第一 NMOS開關(guān)管M2的柵極接本振信號L0+、所述第二 NMOS開關(guān)管M3的柵極接本振信號 L0-。
所述跨導(dǎo)電路包括NMOS管M1、輸入隔直電容C1和偏置電阻R1。所述NMOS管M1 的源極接地、所述NMOS管M1的漏極和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端即所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的源極相連；所述NMOS管M1的柵極為信號輸入端。 所述NMOS管M1的柵極和所述偏置電阻R1的第一端相連、所述偏置電阻R1的第二端接偏置電壓Vbl。所述匪05管禮的柵極還和所述輸入隔直電容C1的第一端相連，所述輸入隔直電容C1的第二端接射頻電壓信號RF。
現(xiàn)有Gi Ibert混頻器中，所述跨導(dǎo)電路將射頻電壓信號RF轉(zhuǎn)換成射頻電流信號。 本振信號LO+和LO-輸入到開關(guān)電路中，從而控制所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的開和關(guān)，最后通過負載電路得到混頻后的信號。現(xiàn)有Gilbert混頻器的線性度主要取決于輸入級跨導(dǎo)管即所述NMOS管M1，輸入級跨導(dǎo)管在輸入信號即所述射頻電壓信號 RF較小時，輸出的小信號電流即所述射頻電流信號和輸入的小信號電壓呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，但是隨著輸入信號幅度的增大，跨導(dǎo)隨著輸入信號變化導(dǎo)致輸出電流不在隨輸入電壓線性變化，所以導(dǎo)致線性度變差。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻識別中的高線性度混頻器，能提高混頻器的線性度、提高處理大信號的能力，還能增加混頻器的轉(zhuǎn)換增益。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的射頻識別中的高線性度混頻器包括一負載電路。一開關(guān)電路，連接于所述負載電路，所述開關(guān)電路和所述負載電路的連接處為信號輸出端；所述開關(guān)電路包括第一電流路徑。一跨導(dǎo)電路，包括2個并聯(lián)連接的輸入跨導(dǎo)管；各所述輸入跨導(dǎo)管都連接于所述第一電流路徑上；各所述輸入跨導(dǎo)管的信號輸入端分別連接一偏置電阻，各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻分別和一偏置電壓相連接；各所述跨導(dǎo)管的信號輸入端還分別連接一輸入隔直電容，各所述輸入隔直電容都和射頻信號相連接。
更進一步的改進是，各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻和偏置電壓分別獨立設(shè)置，各所述輸入跨導(dǎo)管的輸入端偏置于不同的電壓上。
更進一步的改進是，各所述輸入跨導(dǎo)管為NMOS管，各所述NMOS管的源極接地、各所述NMOS管的漏極和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端相連；各所述NMOS管的柵極為信號輸入端。
更進一步的改進是，所述開關(guān)電路包括第一NMOS開關(guān)管和第二NMOS開關(guān)管；所述第一 NMOS開關(guān)管和第二 NMOS開關(guān)管的源極相連接且為所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端，所述第一 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負載電路的第一輸出端相連、所述第二 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負載電路的第二輸出端相連，所述負載電路的第一輸出端組成第一信號輸出端、所述負載電路的第二輸出端組成第二信號輸出端，所述第一信號輸出端和所述第二信號輸出端分別連接一輸出隔直電容，各所述輸出隔直電容輸出中頻信號。
更進一步的改進是，所述負載電路包括第一負載電阻和第二負載電阻；所述第一負載電阻的第一端連接電源電壓、所述第一負載電阻的第二端為所述負載電路的第一輸出端；所述第二負載電阻的第一端連接電源電壓、所述第二負載電阻的第二端為所述負載電路的第二輸出端。
本發(fā)明各所述輸入跨導(dǎo)管的并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠使跨導(dǎo)電路的總跨導(dǎo)在更大的信號范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性關(guān)系，從而能夠限制提高混頻器的線性度，提高處理大信號的能力。另外本發(fā)明還能增加混頻器的轉(zhuǎn)換增益。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明
圖1是現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路圖2是本發(fā)明實施例射頻識別中的高線性度混頻器的電路圖3是本發(fā)明實施例的IIP3和Vb2的關(guān)系曲線。
具體實施方式
如圖2所示，是本發(fā)明實施例射頻識別中的高線性度混頻器的電路圖。本發(fā)明實施例包括一負載電路、一開關(guān)電路和一跨導(dǎo)電路。所述負載電路和所述開關(guān)電路和如圖1CN 102545786 A所示的現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路結(jié)構(gòu)一樣。以下僅對本發(fā)明實施例的所述跨導(dǎo)電路進行描述。本發(fā)明實施例的所述跨導(dǎo)電路包括第一 NMOS管Mn、第二 NMOS管M12、第一輸入隔直電容Cn、第一偏置電阻Rn、第二輸入隔直電容C12、第二偏置電阻R12。
所述第一 NMOS管M11和所述第二 NMOS管M12的源極接地、所述第一 NMOS管Mll和所述第二NMOS管M12的漏極相連接且都和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端即所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的源極相連。
所述第一 NMOS管M11的柵極為第一信號輸入端、所述第二 NMOS管M12的柵極為第二信號輸入端。所述第一 NMOS管M11的柵極和所述第一偏置電阻R11的第一端相連、所述第一偏置電阻R11的第二端接偏置電壓Vbl ；所述第二 NMOS管M12的柵極和所述第二偏置電阻 R12的第一端相連、所述第二偏置電阻R12的第二端接偏置電壓Vb2。
所述第一 NMOS管M11的柵極還和所述第一輸入隔直電容C11的第一端相連、所述第一輸入隔直電容C11的第二端接射頻電壓信號RF ；所述第二 NMOS管M12的柵極還和所述第二輸入隔直電容C12的第一端相連、所述第二輸入隔直電容C12的第二端接射頻電壓信號 RF。
下面詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案的工作原理。
射頻電壓信號RF分別接入所述第一輸入隔直電容C11和所述第二輸入隔直電容 C12的第二端，經(jīng)各輸入隔直電容的隔直后RF的交流電壓信號分別進入了第一 NMOS管M11的柵極和第二 NMOS管M12的柵極，經(jīng)所述第一 NMOS管M11和所述第二 NMOS管M12的轉(zhuǎn)換后將 RF的交流電壓信號轉(zhuǎn)換為RF的交流電流信號。本振信號LO+和LO-為一對幅度固定的差分信號，這兩個信號能控制所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的開關(guān)狀態(tài)，RF 的交流電流信號流過開關(guān)管后，在負載即第一偏置電阻R11和所述第二偏置電阻R12上就產(chǎn)生了電壓將，負載上的電壓降經(jīng)所述第一輸出隔直電容C2和所述第二輸出隔直電容C3的隔直后分別在所述第一輸出隔直電容C2的第二端輸出中頻電壓信號IF+、第二輸出隔直電容 C3的第二端輸出中頻電壓信號IF-，所述中頻電壓信號IF+和IF-為一對差分信號。
在CMOS電路中，由于在小的信號輸入范圍內(nèi)，跨導(dǎo)管即MOS管呈現(xiàn)出合理的線性跨導(dǎo)，輸入輸出信號也就呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，而較大的信號就會產(chǎn)生一定的非線性關(guān)系。 在混頻器中并聯(lián)一個跨導(dǎo)管，并且偏置在適當?shù)碾妷合拢m然對于大信號每個跨導(dǎo)管線性較差，但是整體看來，跨導(dǎo)管的總跨導(dǎo)&可以在更大的信號范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性關(guān)系，因此跨導(dǎo)線性化技術(shù)用在混頻器中，不僅提高了增益，而且也顯著提高混頻器的線性度。
在如圖1所示的現(xiàn)有Gilbert混頻器中，本振信號LO+和LO-功率一定的情況下，混頻器的增益為Λ =^lA，而在本發(fā)明實施例中，增益為A =^(“ +gm2)R。^11為NMOSππ管M1或第一 NMOS管Mll的跨導(dǎo)，gffl2為第二 NMOS管M12的跨導(dǎo)，R為混頻器的等效輸出阻抗。由于^ll2不大，所以混頻器的增益只是略有增加。
由于MOS管本身存在非線性，信號通過輸入級后會產(chǎn)生失真，其輸出的小信號電流包括一階信號以及三次諧波，我們利用各輸入級在相同交流信號下不同的跨導(dǎo)特性進行互補，從而使得總跨導(dǎo)Gm盡可能平坦。結(jié)合電路仿真，可以得出本發(fā)明實施例的第二 NMOS 管M12具體的直流偏置電壓Vb2和總的三階輸入節(jié)點(Input 3rd order intercept point, IIP3)之間的關(guān)系，如圖3所示。從圖3中可以看出，在增加了所述第二 NMOS管M12并且將偏置電壓Vb2設(shè)置在合適的電壓上時，混頻器的I IP3能提高9dBm，本發(fā)明實施例的混頻器的線性度指標能得到顯著提高。
以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種射頻識別中的高線性度混頻器，其特征在于，包括一負載電路；一開關(guān)電路，連接于所述負載電路，所述開關(guān)電路和所述負載電路的連接處為信號輸出端；所述開關(guān)電路包括第一電流路徑；一跨導(dǎo)電路，包括2個并聯(lián)連接的輸入跨導(dǎo)管；各所述輸入跨導(dǎo)管都連接于所述第一電流路徑上；各所述輸入跨導(dǎo)管的信號輸入端分別連接一偏置電阻，各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻分別和一偏置電壓相連接；各所述跨導(dǎo)管的信號輸入端還分別連接一輸入隔直電容，各所述輸入隔直電容都和射頻信號相連接。
2.如權(quán)利要求1所述射頻識別中的高線性度混頻器，其特征在于各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻和偏置電壓分別獨立設(shè)置，各所述輸入跨導(dǎo)管的輸入端偏置于不同的電壓上。
3.如權(quán)利要求1所述射頻識別中的高線性度混頻器，其特征在于各所述輸入跨導(dǎo)管為NMOS管，各所述NMOS管的源極接地、各所述NMOS管的漏極和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端相連；各所述NMOS管的柵極為信號輸入端。
4.如權(quán)利要求1所述射頻識別中的高線性度混頻器，其特征在于所述開關(guān)電路包括第一 NMOS開關(guān)管和第二 NMOS開關(guān)管；所述第一 NMOS開關(guān)管和第二 NMOS開關(guān)管的源極相連接且為所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端，所述第一 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負載電路的第一輸出端相連、所述第二 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負載電路的第二輸出端相連， 所述負載電路的第一輸出端組成第一信號輸出端、所述負載電路的第二輸出端組成第二信號輸出端，所述第一信號輸出端和所述第二信號輸出端分別連接一輸出隔直電容，各所述輸出隔直電容輸出中頻信號。
5.如權(quán)利要求1所述射頻識別中的高線性度混頻器，其特征在于所述負載電路包括第一負載電阻和第二負載電阻；所述第一負載電阻的第一端連接電源電壓、所述第一負載電阻的第二端為所述負載電路的第一輸出端；所述第二負載電阻的第一端連接電源電壓、 所述第二負載電阻的第二端為所述負載電路的第二輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻識別中的高線性度混頻器，包括負載電路；開關(guān)電路，連接于負載電路，開關(guān)電路和負載電路的連接處為信號輸出端；開關(guān)電路包括第一電流路徑；跨導(dǎo)電路，包括二個并聯(lián)連接的輸入跨導(dǎo)管；各輸入跨導(dǎo)管都連接于第一電流路徑上；各輸入跨導(dǎo)管的信號輸入端分別連接一偏置電阻，各輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻分別和一偏置電壓相連接；各跨導(dǎo)管的信號輸入端還分別連接一輸入隔直電容，各輸入隔直電容都和射頻信號相連接。本發(fā)明能提高混頻器的線性度、提高處理大信號的能力，還能增加混頻器的轉(zhuǎn)換增益。
文檔編號H03D7/00GK102545786SQ20101058135
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者景一歐, 馬和良 申請人:上海華虹集成電路有限責任公司