[实用新型]一种低功耗高增益的上混频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及各类无线发射机中的变频电路，尤其是一种低功耗高增益的上混频器，可以应用于射频收发芯片，例如无线局域网（WLAN）、无线传感网（WSN）、全球定位系统（GPS）、射频识别系统（RFID）、蓝牙系统、移动通信系统、移动数字电视（CMMB，TMMB）等收发芯片中。 

背景技术

上混频器一般用作各类无线发射机的变频电路，其功能是将低频信号转换为利于无线发射的高频信号，对于绝大多数额射频发射系统来说，上混频器是一个必不可少的模块。为了延长系统电池使用寿命，希望发射机中各模块降低功耗，并且在降低功耗的基础上，上混频器需提供一定或者更高的电压增益。设计一款低功耗高增益的上混频器IP核具有较为广泛的应用前景和应用价值。 

传统的吉尔伯特混频器广泛应用于上混频器的设计中，主要原因是其具有一定的增益和较大的隔离度，传统的吉尔伯特混频器电路如图1所示。通过调节M1及其偏置可控制电路电流大小。差分基带或中频信号从M2、M3的栅极输入，改变M2与M3的大小及其偏置可调节混频器跨导g_m，再调节负载电阻R5和R6的大小，可获得不同的电压增益。M4-M7为开关管，通过调节其大小及其偏置电压，并且在其栅极输入差分的本振信号，可使它们工作在开关状态，实现本振信号与从M2和M3放大过来的基带或中频信号进行混频。该结构具有一定的增益以及较高的隔离度。但是传统的吉尔伯特混频器具有以下缺点： 

第一是功耗大，为了使混频器电路有一定的增益，以满足系统需求，其电流需达到毫安级。 

第二是增益低，传统吉尔伯特混频器的增益很大程度上取决于负载阻抗的大小，但是大负载阻抗会带来过多的压降，且由于寄生电容的存在，在高频处的增益会急剧下降，即便使用几乎无压降的LC谐振回路来产生较大负载，但因其品质因数有限也不能产生很大的负载阻抗。 

第三是噪声系数大，传统吉尔伯特混频器从栅端输入信号，从栅端看进去的输入阻抗很大，与前级电路输出阻抗（通常为一百多欧姆）或50欧姆匹配程度差，致使噪声系数较大，难以满足系统需要。 

发明内容

本实用新型的目的是为克服传统的吉尔伯特上混频器的不足，提出一种低功耗高增益的上混频器，能够在降低电路功耗的同时，提高电路增益，降低噪声系数。 

本实用新型采取的技术方案如下：一种低功耗高增益的上混频器，其特征在于：设有电流源单元、输入跨导单元、开关单元、负载单元以及电流注入单元，电流源单元的输出连接输入跨导单元，输入跨导单元放大信号并通过正反馈增强信号，然后分别输出至开关单元和电流注入单元，开关单元的输出连接负载单元，差分射频输出信号从负载单元与开 关单元之间输出，差分基带或者中频信号输入至输入跨导单元与电流源单元之间，本振输入信号输入至开关单元，其中： 

电流源单元包括NMOS管M1和NMOS管M2，NMOS管M1和NMOS管M2的源极接地，栅极连接偏置电压V_b1，漏极连接分别连接差分基带或者中频信号的正负两端； 

输入跨导单元包括NMOS管M3和NMOS管M4，NMOS管M3和NMOS管M4的源极分别与电流源单元的NMOS管M1和NMOS管M2的漏极连接，基带或中频信号的正输入端从NMOS管M3的源极输入，基带或中频信号的负输入端从NMOS管M4的源极输入，NMOS管M3的栅极连接至NMOS管M4的漏极，NMOS管M4的栅极连接至NMOS管M3的漏极； 

开关单元包括NMOS管M5、NMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、电阻R1、电阻R2，NMOS管M5和NMOS管M8的栅极互连并通过串联电阻R2连接电源电压V_dd，NMOS管M6和NMOS管M7的栅极互连并通过串联电阻R1连接电源电压V_dd，NMOS管M5和NMOS管M6的源极互连并连接输入跨导单元的NMOS管M3的漏极，NMOS管M7和NMOS管M8的源极互连并连接输入跨导单元的NMOS管M4的漏极，NMOS管M5的漏极与NMOS管M7的漏极互连，NMOS管M6的漏极与NMOS管M8的漏极互连，本振输入信号正端连接NMOS管M5和NMOS管M8的栅极，本振输入信号负端连接NMOS管M6和NMOS管M7的栅极；