[发明专利]分布式二极管混频器电路

说明书

技术领域

本发明涉及分布式二极管混频器电路。

背景技术

混频器电路一般用于根据本地振荡器(LO)频率，将输入信号从一个频率转换到另一个频率。对于降频转换应用，混频器将高输入频率，例如射频(RF)，变换为低输出频率，例如中频(IF)；对于升频转换应用，输入频率将是低频率IF信号，输出将是高频率RF信号。本地振荡器(LO)频率或信号也被认为是参考频率或信号，高射频(RF)频率或信号也被认为是数据频率信号。这些频率转换通过对嵌入在混频器电路的混频器内核进行非线性操作来实现。连同所需的混频输出信号一起，混频器典型地生成其他互调产物和端到端泄漏，这些都被很好地抑制了。混频器设计能归为三种拓扑之一：单端混频器、单平衡混频器和双平衡混频器。双平衡拓扑使用平衡的混频内核结构，例如环、桥或星型，混频器内核通常由两个平衡-不平衡转换器差分驱动。该平衡差分驱动对端到端提供高度隔离、偶数模式谐波和互调产物的高拒绝以及高功率处理能力(因此，有好的动态范围)。因此，通常双平衡拓扑对高性能应用来说是首选的。宽带混频内核拓扑在之前的论文中已经提出并研究过，例如Fong-Cheng Chang等的“A 4-41 GHz Single Balanced Distributed Mixer Using GaAs pHEMT Technology”，IEEE Microwave and Wireless Components Letters，Vol.17，No.2，2007年2月，以及Amin Q.Safarian等的“Design and Analysis of an Ultrawide-Band Distributed CMOS Mixer”，IEEE Trans.On Very Large Scale Integration(VLSI)Systems，Vol.13，No.5，2005年5月，Pavio的美国专利，4,125,810，Will的美国专利4,224,572，Seely的美国专利4,355,421，Heydari的美国专利，公开号为US2005/0064840A1，Ahmed的美国专利6,850,575B1，Salib的美国专利6,993,312B1，Gamliel的美国专利7,013,122B2。在它们之中，平衡分布式拓扑是最可能获得超宽带宽而无其他混频性能衰减的方法之一。然而，之前所有双平衡分布式混频器不是要求有源偏置电流的有源(或基于Gilbert-cell)的混频器，就是基于单平衡FET的混频器。两种拓扑受劣质的功率操作性能和低线性所制。另外，有源分布式混频器有差的噪声性能。与双平衡混频器相比，单平衡分布式FET混频器受低的端到端隔离度所制。总而言之，现有的无源分布式混频器设计或者是单平衡的或者是完全无平衡的，这都导致端口间的隔离度不好。有源双平衡分布式混频器可以利用平衡拓扑提供良好的隔离，但受制于差的噪声性能，这极大地限制了有源混频器的动态范围。

一种现有技术方法，专利号为5,854,974的美国专利在二极管环的差分参考(LO)节点之间使用补偿电感器，与在参考(LO)频率处的二极管环的电容性电抗产生共振。该电感器位于参考(LO)平衡-非平衡转换器的差分输出两端，参考(LO)平衡-非平衡转换器与二极管环平行，电感器将抵消参考(LO)频率处二极管环表现出的电容。这样，以参考(LO)频率处的减小的三阶谐波而提升了线性度。其还公开了使用具有两个环形混频器内核的两个电感器，每个电感器连接在每个环的参考(LO)差分节点两端，以与每个环的电容在参考(LO)频率处共振。然而，由于该设计的共振特性，该方法只工作于窄的参考(LO)频率带宽，因此不适合于宽带设计。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的分布式二极管混频器电路。

本发明的另一目的是提供这样一种改进的分布式二极管混频器电路，该电路中混频器内核不需要偏置电路，并显著减少功率需求。

本发明的另一目的是提供这样一种改进的分布式二极管混频器电路，该电路提供优良的端到端信号隔离、低噪声、良好的线性度、操作带宽范围宽，并且无需终端电阻器，这进一步减少了功率需求。

本发明的另一目的提供这样一种改进的分布式二极管混频器电路，该电路具有高达10∶1的混合带宽比。