專利名稱：一種混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種射頻前端集成電路中的混頻器，尤其涉及一種基于DMGTR結(jié)構(gòu)的折疊式正交混頻器，屬于混頻器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的混頻器一般采用吉爾伯特(Gilbert)單元的雙平衡結(jié)構(gòu)，如圖I所示，雖然這種混頻器結(jié)構(gòu)具有各端口隔離度高、對電源電壓和環(huán)境噪聲敏感度小等優(yōu)點(diǎn)，但是Gilbert單元由于偏置管、跨導(dǎo)管和開關(guān)管的堆疊及負(fù)載的壓降，在低電源電壓下很難保證所有晶體管都工作在希望的飽和區(qū)。另外，為提高電路的轉(zhuǎn)換增益，需要增大跨導(dǎo)級的偏置電流，而偏置電流的增大將導(dǎo)致負(fù)載上的壓降增大，從而壓縮了開關(guān)對和跨導(dǎo)級的電壓空間，降低了電路的線性度。線性度是混頻器最重要的技術(shù)指標(biāo)，一般提高線性度的方法是增大晶體管的過驅(qū)動電壓，但在電流不變的情況下，這樣會降低晶體管的跨導(dǎo)，從而導(dǎo)致增益下降，噪聲增大。如圖2 所不的混頻器，即使米用了 DMGTR(Differential Multiple GateTransistors，差分多柵晶體管)結(jié)構(gòu)，線性度可以大大提高，但其仍然將晶體管堆疊，由于要使堆疊的晶體管全都偏置在希望的飽和區(qū)(偽差分對除外)，所以&的值不能過大，否則電阻壓降過大會導(dǎo)致電壓空間不滿足偏置晶體管在飽和區(qū)的要求，而混頻器的增益與&成正比，所以這種混頻器結(jié)構(gòu)不能獲得很高的增益，其對后級電路噪聲的抑制作用有限。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有混頻器技術(shù)存在的不足，而提出一種基于DMGTR結(jié)構(gòu)的折疊式正交混頻器。該混頻器包括跨導(dǎo)級、開關(guān)級和負(fù)載級，所述跨導(dǎo)級采用DMGTR結(jié)構(gòu)；所述開關(guān)級是由折疊式的兩個(gè)吉爾伯特單元構(gòu)成，第一吉爾伯特單元作為信號的同相通路，第二吉爾伯特單元作為信號的正交通路，兩個(gè)吉爾伯特單元均連接跨導(dǎo)級的輸出端；所述負(fù)載級包括兩個(gè)子負(fù)載級，每個(gè)吉爾伯特單元的輸出端連接一個(gè)子負(fù)載級。所述DMGTR結(jié)構(gòu)是由全差分對跨導(dǎo)和偽差分對跨導(dǎo)組成。所述子負(fù)載級是由兩個(gè)電阻構(gòu)成。技術(shù)效果I、跨導(dǎo)級采用DMGTR結(jié)構(gòu)，大大提高了混頻器的線性度。2、開關(guān)級采用折疊式結(jié)構(gòu)，使混頻器能夠獲得較高的轉(zhuǎn)換增益，提高了對后級電路噪聲的抑制效果。3、折疊的開關(guān)對與輸入管相對獨(dú)立，降低了電壓裕度的要求。

圖I為傳統(tǒng)混頻器的電路結(jié)構(gòu)圖。[0014]圖2為DMGTR結(jié)構(gòu)的非折疊式混頻器電路結(jié)構(gòu)圖。圖3為FDT電路結(jié)構(gòu)圖。圖4為I3DT電路結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實(shí)用新型混頻器的電路結(jié)構(gòu)圖。圖6為本實(shí)用新型混頻器的仿真電路原理圖。 圖7為本實(shí)用新型混頻器線性度指標(biāo)的仿真結(jié)果圖。圖8為本實(shí)用新型混頻器轉(zhuǎn)換增益的仿真結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式下面對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型混頻器的電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括跨導(dǎo)級、開關(guān)級和負(fù)載級。所述跨導(dǎo)級采用由全差分對跨導(dǎo)(FDT :Fully Differential Transconductance)和偽差分對跨導(dǎo)(PDT PseudoDifferential Transconductance)組成 DMGTR 結(jié)構(gòu)，F(xiàn)DT 電路結(jié)構(gòu)如圖 3所示，PDT電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，在圖5中，Ml和M2組成FDT，M13相當(dāng)于電流源，M3和M4組成I3DT ;所述開關(guān)級是由折疊式的兩個(gè)吉爾伯特單元構(gòu)成，在圖5中，由M5 M8構(gòu)成的第一吉爾伯特單元作為信號的同相通路，由M9 M12構(gòu)成的第二吉爾伯特單元作為信號的正交通路，兩個(gè)吉爾伯特單元均連接跨導(dǎo)級的輸出端；所述負(fù)載級包括兩個(gè)子負(fù)載級，在圖5中，第一吉爾伯特單元的輸出端連接由電阻R3、R4構(gòu)成的第一子負(fù)載級，第二吉爾伯特單元的輸出端連接由電阻R5、R6構(gòu)成的第二子負(fù)載級。在圖5中，跨導(dǎo)級中的FDT和PDT作為兩個(gè)輸入管接進(jìn)射頻信號RF+和RF-，開關(guān)級中的第一吉爾伯特單元(同相通路)接進(jìn)同相本振信號111)_ 和IL0_N，第二吉爾伯特單元(正交通路)接進(jìn)正交本振信號QL0_P和QL0_N，負(fù)載級作為混頻器的輸出，第一子負(fù)載級輸出同相(I路)中頻信號1正_ 和IIF_N，第二子負(fù)載級輸出正交(Q路)中頻信號QIF_P 和 QIF_N。本實(shí)用新型采用SMIC O. 18μπι CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于DRM(Digital RadioMondiale，全球數(shù)字廣播)接收機(jī)芯片中。本實(shí)用新型混頻器的原理仿真電路如圖6所示，射頻輸入端P0RT0通過變壓器轉(zhuǎn)換成雙端信號輸入混頻器；同相信號輸入端P0RT2和正交信號輸入端P0RT3均通過變壓器轉(zhuǎn)換成雙端信號輸入混頻器；混頻器的輸出通過220uF的電容交流耦合到后級電路，這里用P0RT1代替后級電路，其內(nèi)阻設(shè)置為后級電路的輸入阻抗，使仿真結(jié)果更加真實(shí)；VDD是電源電壓，VDMGTR是偽差分對的柵極偏置電壓，其余的偏置電壓均已做到芯片內(nèi)部。本實(shí)用新型混頻器線性度指標(biāo)IIP3和轉(zhuǎn)換增益G的仿真結(jié)果分別如圖7和圖8所示，射頻信號頻率20MHz，本振頻率55MHz，中頻頻率35MHz。下面介紹本實(shí)用新型的作用原理。本混頻器采用的DMGTR結(jié)構(gòu)是利用輸入晶體管跨導(dǎo)的二階導(dǎo)數(shù)g/與IIP3的
關(guān)系來提高線性度。共源結(jié)構(gòu)MOS管的漏極電流可以用泰勒(Taylor)級數(shù)展開式表示
f ffiDS = Idc + gmvgs + * V; +^-vj +L(I)式中Id。表示漏極電流的直流分量，Vgs表示晶體管柵源的電壓，gm(n)表示跨導(dǎo)gm的η階導(dǎo)數(shù)。則用電壓形式表示的IIP3可以表示為
權(quán)利要求1.一種混頻器，包括跨導(dǎo)級、開關(guān)級和負(fù)載級，其特征在于所述跨導(dǎo)級采用DMGTR結(jié)構(gòu)；所述開關(guān)級是由折疊式的兩個(gè)吉爾伯特單元構(gòu)成，第一吉爾伯特單元作為信號的同相通路，第二吉爾伯特單元作為信號的正交通路，兩個(gè)吉爾伯特單元均連接跨導(dǎo)級的輸出端；所述負(fù)載級包括兩個(gè)子負(fù)載級，每個(gè)吉爾伯特單元的輸出端連接一個(gè)子負(fù)載級。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混頻器，其特征在于所述DMGTR結(jié)構(gòu)是由全差分對跨導(dǎo)和偽差分對跨導(dǎo)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混頻器，其特征在于所述子負(fù)載級是由兩個(gè)電阻構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種混頻器，屬于混頻器技術(shù)領(lǐng)域。該混頻器包括跨導(dǎo)級、開關(guān)級和負(fù)載級，所述跨導(dǎo)級采用由全差分對跨導(dǎo)和偽差分對跨導(dǎo)組成的DMGTR(差分多柵晶體管)結(jié)構(gòu)，所述開關(guān)級是由折疊式的兩個(gè)吉爾伯特單元構(gòu)成，一個(gè)吉爾伯特單元作為信號的同相通路，另一個(gè)作為信號的正交通路，兩個(gè)吉爾伯特單元均連接跨導(dǎo)級的輸出端，每個(gè)吉爾伯特單元的輸出端連接一個(gè)由兩個(gè)電阻構(gòu)成的負(fù)載級。本實(shí)用新型可以大大提高混頻器的線性度，并同時(shí)可以獲得較高的增益。
文檔編號H03D7/14GK202385054SQ20112057178
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者吳毅強(qiáng), 唐路, 徐建, 王劍, 王志功 申請人:東南大學(xué)