[发明专利]一种多频段可重构方法及混频器

说明书

技术领域

本发明涉及到一种电子元器件及其工作方法，具体涉及一种应用于多模多频段无线通信系统中的通过开关选频可调谐网络使混频器可工作在多个频段的方法及其多频段可重构混频器，该方法及多频段可重构混频器利用可调负载电阻，从而根据需要平衡可变增益与噪声系数，同时也可优化增益平坦度，在实现多频段工作的同时，本发明的多频段可重构混频器也具有良好的噪声系数、增益、输入输出匹配等技术指标，属无线通信系统技术领域。

背景技术：

目前，移动通信的发展中出现了多种多样的通信标准，比如第三代（3G）蜂窝移动通信系统、蓝牙(Bluetooth)和无线局域网（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）等无线通信系统都在各自应用领域发挥着至关重要的作用。移动通信发展的一个重要趋势是单个通信终端可以兼容多种通信标准，并且也已经有相关的无线通信系统的典型案例。兼容多个通信标准如GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）、UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem）、蓝牙（Bluetooth）或无线局域网（WLAN）等的通信终端，既可以用作移动通信终端，又可收发其他无线通信信号。兼容多种通信标准的通信系统具有多频多通道与可重构特性。从而，多频可重构器件的设计成为移动通信技术发展中一个极为关键的问题。

目前移动终端收发器中应用最为广泛研究也最为深入的是基于Gilbert单元的双平衡混频器，该电路结构来自于BarrieGilbert提出的高精度乘法器。经过良好设计的Gilbert混频器具有较好的隔离度和噪声抑制性能，因此该结构的混频器有很多改进的版本，用于特别优化其中的某项性能。现有的优化版本中主要分为如下3种拓扑结构：

1.有源负载以及电流注入结构。该结构可以有效的提升变频增益与线性度。

2.折叠式结构。该结构减少晶体管堆叠，减小工作电压。

3.源极负反馈结构。该结构牺牲增益而增加线性度。

其中，有源负载技术采用工作于线性区的晶体管来代替无源电阻；电流注入技术将大部分跨导级电流用额外电流源分担，而不再经过开关管。这两种技术均可以在维持跨导级gm值不变的前提下，增加负载阻值，从而提高转换增益。但是有源负载与电流注入技术均会引入新的噪声增加整体的噪声系数，并且还会一定程度上造成混频器线性度恶化。

折叠式结构可以有效的减少晶体管堆叠，使低电压工作成为可能。另外折叠结构也使开关级和负载部分不受跨导级电流影响，改善了开关管的工作性能，并且可以最大范围内提高阻抗从而提高增益。但是折叠式结构消耗电流几乎是传统结构的两倍，功耗增加。

负反馈技术通过在跨导级源极加入电阻或者电感负反馈使减小gm与频率的相关性，增加线性度。但是这种技术减小了射频输入级的跨导，混频器增益降低。

而多频段下工作的混频器其设计难度更大，如何使混频器能够在多个不同频段上可重构工作并且达到性能最优化，将是一个巨大的挑战。现有的解决办法中，主要为设计宽带的混频器来覆盖所有的工作频段。但是实际电路设计中，宽带混频器是以牺牲其他性能为代价，比如线性度、噪声系数，来达到足够的工作带宽从而覆盖多个工作频段的。并且在不同工作频段之间宽带混频器性能指标相差较大，对可重构系统的其他器件设计带来了巨大的困难。

为了解决这一问题，人们提出了带宽扩展与增益平坦技术。该技术一定程度内使增益在工作带宽内更为平坦，但是变频增益被进一步降低。另外因为额外增加了2个电感元件，引入了额外的噪声，噪声系数恶化。并且电路复杂度增加，成本增加，尤其是现有的多频段混频器在重构后，调节范围很小，尤其是可变增益与噪声系数平衡不是很好的问题得不到很好解决，因此仍有待进一步加以改进。

通过检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利和论文主要有以下几个：