變頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括本地振蕩器和混頻器的變頻器，用在例如無線電接收機中。
【背景技術(shù)】
[0002]具有良好性能的低成本無線電接收機是一種需求。低功率架構(gòu)，以及單片地生產(chǎn)該接收機的能力是優(yōu)選地，例如使用M0S(金屬氧化物半導體)工藝。在現(xiàn)有技術(shù)中，例如專利文獻EP2408118中所描述的，LC(電感-電容)諧振回路被用來提供本地振蕩信號，本地振蕩信號被混頻器用來將所需的通道從所接收的射頻(RF)變換為中頻(IF)。
[0003]LC諧振回路被用在現(xiàn)有技術(shù)中，因為其比較低的相位噪聲。然而，生產(chǎn)具有必要的調(diào)節(jié)范圍和性能的LC諧振回路可能是昂貴的，例如由于其通常需要比較大的硅面積。實現(xiàn)寬的調(diào)節(jié)范圍的一種方法是在LC諧振回路中使用具有大調(diào)節(jié)范圍的可變電抗器或額外的開關(guān)電容器，但這將導致增大的噪聲，并需要更多能量。在如專利文獻EP2408118所述的另一方法中，使用可重構(gòu)的混頻器，但這種方法仍然需要LC諧振振蕩器，其使用比較大的硅面積。
[0004]環(huán)形振蕩器是另外一種提供本地振蕩器信號的方法，但現(xiàn)有的環(huán)形振蕩器典型地并不適合使用于變頻器中，這是由于它們的比較高的相位噪聲。進一步地，現(xiàn)有的環(huán)形振蕩器可能并不適合使用在混頻器中，因為它們提供重疊的輸出，或者具有不合適的占空比。L.Dai 和 R.Harjani 的 “Comparison and analysis of phase noise in ringoscillators”，IEEE國際電路與系統(tǒng)年會(ISCAS)，2000年5月28-31，提供了環(huán)形振蕩器中相位噪聲的綜述，并建議了相位噪聲如何可以被最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決上述的至少一些問題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種變頻器，包括多相本地振蕩器與多相混頻器，其中混頻器包括對于混頻器的每個相位的混頻器開關(guān)；本地振蕩器配置為向每個混頻器開關(guān)提供至少一個振蕩器相位；以及本地振蕩器包括多個反相器，配置為環(huán)形振蕩器。
[0007]—個或多個，或者全部的反相器可以是反相放大器。
[0008]使用包括環(huán)形振蕩器的本地振蕩器意味著，對于電感器的需求被省略了，而它在現(xiàn)在技術(shù)的基于LC諧振回路的本地振蕩器中是需要的。電感器或者消耗相對較大的管芯面積，或者需要管芯之外的元件，從而增加了本地振蕩器的成本和尺寸。環(huán)形振蕩器的有利之處還在于它具有大的調(diào)節(jié)范圍。頻率可以通過反相器的容性負載的變化和/或施加到反相器上的偏置電壓來被調(diào)節(jié)。
[0009]環(huán)形振蕩器的相位可能是重疊的。本地振蕩器的相位可能是非重疊的。多相混頻器典型地需要非重疊的多相振蕩器信號，從而在一個時間上，混頻器開關(guān)中只有一個閉合。
[0010]本地振蕩器可以具有η個相位，每個相位的占空比可以是l/η。這種類型的輸出特別適合于典型的多相混頻器(但不是必要的)。
[0011]對于每個相位的混頻器開關(guān)可以包括多個晶體管，每個混頻器開關(guān)可響應(yīng)于本地振蕩器的多于一個相位。每個混頻器開關(guān)可配置為響應(yīng)于本地振蕩器的相位的邏輯組合。這種配置允許向混頻器開關(guān)提供重疊的多相本地振蕩器輸入，而無需在一個時間閉合多于一個混頻器。
[0012]混頻器開關(guān)可配置為運行在與本地振蕩器相位相同、倍數(shù)、或分數(shù)的頻率上?？梢杂信c振蕩器相位數(shù)目相比相同數(shù)目的或者更少的混頻器相位，或者可以有與振蕩器相位數(shù)目相比更多的混頻器相位。本地振蕩器相位的邏輯組合使得這些結(jié)構(gòu)可行。先前在本地振蕩器中進行的邏輯運算可以在混頻器開關(guān)中進行。
[0013]環(huán)形振蕩器可以包括3、5、7、9、11、13或15個反相器或者反相放大器。
[0014]本地振蕩器可以具有偶數(shù)個相位或者奇數(shù)個相位。奇數(shù)個相位可以導致更低的功率需求，并使用更小的管芯面積。偶數(shù)個相位可以提供在變頻器中改善的二次互調(diào)性能。
[0015]多相混頻器可以具有奇數(shù)個相位或者偶數(shù)個相位。
[0016]多相混頻器可以具有3個相位。
[0017]本地振蕩器的每個相位可以通過連接到環(huán)形振蕩器的反相器的邏輯門結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生。
[0018]邏輯門結(jié)構(gòu)可以配置為產(chǎn)生數(shù)個相位，其數(shù)目是環(huán)形振蕩器的反相器的整數(shù)倍。從而，從具有奇數(shù)個反相器的環(huán)形振蕩器可以產(chǎn)生偶數(shù)個相位。
[0019]邏輯門結(jié)構(gòu)可配置為產(chǎn)生具有倍數(shù)或分數(shù)于環(huán)形振蕩器的頻率的頻率的相位。
[0020]混頻器可以配置為采樣混頻器。
[0021]變頻器可進一步包括電感-電容網(wǎng)絡(luò)，配置為阻抗匹配級，適用于設(shè)置在天線與混頻器之間。
[0022]變頻器可進一步包括用于將來自混頻器的數(shù)個相位輸出轉(zhuǎn)換為具有更多或更少數(shù)目的相位的信號的電路。這種方法可用來從奇數(shù)相位混頻器提供正交(單端或差分)中頻輸出。
【附圖說明】
[0023]以下將結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施方式進行進一步描述，其中:
[0024]圖1是一種三反相器環(huán)形振蕩器的示意圖；以及顯示電路中各位置的電壓的電壓曲線；
[0025]圖2為一種三反相器環(huán)形振蕩器的示意圖，其具有邏輯門結(jié)構(gòu)，用來產(chǎn)生非重疊三相位本地振蕩器信號；
[0026]圖3為一種三反相器環(huán)形振蕩器的示意圖，其具有另一種邏輯門結(jié)構(gòu)，用來產(chǎn)生非重疊三相位本地振蕩器信號。
[0027]圖4是顯示由圖2或圖3中電路所產(chǎn)生的三相位本地振蕩器輸出波形的圖形，以及環(huán)形振蕩器的三個反相器的輸出；
[0028]圖5為三相位混頻接收器的電路圖；其包括本地振蕩器，產(chǎn)生三相位非重疊輸出，通過三個混頻器開關(guān)耦合到三相位ADC ;
[0029]圖6是與圖5相似的三相位混頻接收器的電路圖，其中混頻器為采樣混頻器；
[0030]圖7是與圖6相似的三相位混頻接收器的電路圖，其中在天線與混頻器開關(guān)之間設(shè)置LC阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；
[0031]圖8是一種三相位混頻器的電路圖，其中每個混頻器開關(guān)包括串聯(lián)組合的晶體管，以及每個混頻器開關(guān)可響應(yīng)于多于一個的本地振蕩器相位；
[0032]圖9為一種三反相器環(huán)形振蕩器的圖形，其具有邏輯門結(jié)構(gòu)，用來生成非重疊的六相位本地振蕩器信號，頻率為本地振蕩器的兩倍；
[0033]圖10為三反相器環(huán)形振蕩器的圖示，其具有另一種邏輯門結(jié)構(gòu)，用來生成非重疊的六相位本地振蕩器信號，頻率為本地振蕩器的兩倍；
[0034]圖11示出由圖9或圖10中的電路所生成的六相位本地振蕩器輸出的波形，以及環(huán)形振蕩器的三個反相器的輸出；
[0035]圖12為一種三反相器環(huán)形振蕩器的圖示，其具有邏輯門結(jié)構(gòu)，用于生成非重疊三相位本地振蕩器信號，頻率為本地振蕩器的兩倍；
[0036]圖13示出由圖12的電路生成的三相位本地振蕩器輸出的波形，以及環(huán)形振蕩器的三個反相器的輸出；以及
[0037]圖14為一種用來將三相位混頻器輸出轉(zhuǎn)換為四相位正交信號的電路圖。
【具體實施方式】
[0038]如圖1所示，示出了一種環(huán)形振蕩器10，其包括第一反相器1、第二反相器2和第三反相器3。反相器1、2、3串聯(lián)，其中第一反相器1的輸出連接到第二反相器2的輸入，第二反相器2的輸出連接到第三反相器3的輸入。第三反相器3的輸出連接到第一反相器1的輸入。連接在每個反相器1、2、3的輸出與地之間的是容性負載CL，以及每個反相器被提供一個偏置電壓Vtune。環(huán)形振蕩器10的頻率可以通過調(diào)節(jié)偏置電壓Vtune及/或容性負載CL得以改變。例如，環(huán)形振蕩器10的頻率可以通過在每個反相器1、2、3上增大容性負載CL的大小或者通過減小偏置電壓Vtune來得到減小。
[0039]圖1還包括圖樣15，顯示的是在各個反相器的輸入11、12、13上的模擬電壓21、22,23ο負載電容器CL連接到反相器11、12、13每一個的輸出，當反相器開關(guān)時，負載電容CL被充電和放電。模擬電壓21、22、23可以以閾值電壓16為參考而被轉(zhuǎn)換為數(shù)字波形31、32、33(例如使用邏輯門)。來自每個反相器1、2、3的輸出的數(shù)字波形31、32、33的頻率等于環(huán)形振蕩器的頻率，并具有50%的占空比。在此情況下，由于反相器1、2、3和它們相應(yīng)的容性負載CL名義上相同，波形31、32、33各自在相位上相差120°，從而波形31為0°，波形33為120°，波形32為240°。
[0040]為了在混頻器中可以使用，(在一些情況下)有必要產(chǎn)生非重疊多相振蕩器信號。這可以通過對各個反相器1、2、3的輸出電壓進行邏輯運算來得到。
[0041]圖2和圖3各自顯示的是多相本地振蕩器20，包括環(huán)形振蕩器10和邏輯門結(jié)構(gòu)17。邏輯門17連接到環(huán)形振蕩器10的三個反相器1、2、3的輸出。邏輯門17配置為生成輸出41、42、43，輸出41、42、43包括三個非重疊的相位0°、120。和240。，并具有l(wèi)/η的占空比(其中η為反相器的數(shù)目，例如在本實施方式中為3)。
[0042]在圖2中，第一與門4具有連接到反相器1的輸出11的正相輸入，以及連接到反相器3的輸出13的反相輸入。第二與門5具有連接到反相器3的輸出13的正相輸入，以及連接到反相器2的輸出12的反相輸入。第三與門6具有連接到反相器2的輸出12的正相輸入，以及連接到反相器1的輸出11的反相輸入。
[0043]圖3中示出了類似的結(jié)構(gòu)，但每一個與門都由與非門替代，而且輸入信號也被交換，從而正相輸出變?yōu)榉聪噍斎?，而反相輸入則變?yōu)檎噍斎?。第一與非門4a具有連接到反相器1的輸出11的反相輸入，以及連接到反相器3的輸出13的正相輸入。第二與非門5a具有連接到反相器3的輸出13的反相輸入，以及連接到反相器2的輸出12的正相輸入。第三與非門6a具有連接到反相器2的輸出12的反相輸入，以及連接到反相器1的輸出11的正相輸入。該結(jié)構(gòu)在功能上與圖2中結(jié)構(gòu)相同，從而在相應(yīng)的邏輯門4、4a，5、5a，6、6a上得到相同的輸出波形。
[0044]圖2和圖3的實施方式中所示的特定的邏輯門的結(jié)構(gòu)僅為示例，可以想見的是其他可選的結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)相似的結(jié)果。
[0045]在環(huán)形振蕩器中反相器的數(shù)目可能不同?？梢园ㄅ紨?shù)個反相器，或者奇數(shù)個。反相器的數(shù)目可以是5、7、9、11、13、15，或者更多。
[0046]圖4所示的是各個與門4、5、6(以及與非門4a、5a、6a)的輸出41、42、43的輸出波形34、35、36與反相器1、2、3的數(shù)字電壓。
[0047]圖5所示的是一種變頻器50，其包括天線56，低噪聲放大器(LNA) 57，本地振蕩器20，混頻器開關(guān)51、52、53，中頻(IF)放大器54，以及三相位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)55。
[0048]天線56接收射頻(RF