[发明专利]一种CMOS上变频无源混频器

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信中的混频器技术领域，尤其涉及一种CMOS上变频无源混频器。

背景技术

混频器是无线通信系统的核心模块，其性能直接影响整个系统的性能。随着CMOS技术的不断发展，CMOS混频器逐渐替换了双极型混频器。而CMOS混频器按是否能够提供增益，分为有源和无源两种。其中，无源混频器结构射频前端的非线性很大程度上是由无源混频器决定的。无源混频器在时域中将中频信号与本振信号相乘，得到频率上的卷积。理想的开关模型中，开关打开和闭合是不存在非线性的。但是在实际应用中，作为开关的MOS管在打开和闭合状态分别工作在关断区和三极管区，其工作状态受到栅极电压，源极电压的影响。这时，中频信号幅度将会影响开关的占空比，同时带来额外的频率互调产物，导致线性恶化。在低电源电压工作时，本振信号幅度受限，上述非线性的影响将更加明显。为了降低开关的非线性，一般的方法是使用互补的CMOS开关，比如传输门。但是这种传输门结构无疑会增加本振信号的负载，导致本振通路的功耗加大。

为此，文献1(A45nmLow-powerSAW-lessWCDMATransmitterModulatorUsingDirectQuadratureVoltageModulationISSCC2009)中提出了一种应用WCDMA系统发射机的开关式CMOS无源混频器，使用NMOS管作为开关，本振信号采用25％占空比，实现了较高的线性、较低噪声以及低功耗。然而这种技术方案没有对混频器开关管栅极偏置作特别的设计，而是直接将25％占空比的本振信号直接耦合到开关管的栅极。对于不同幅度的输入信号，由于开关管的栅源电压不同，使得开关导通电阻也存在差异，这无疑将影响整个系统线性。

而在文献2(A127mWSAW-lessLTETransmitterwithLC-loadBootstrappedQuadratureVoltageModulatorin130nmRFCMOS)中提出了一种应用于LTE系统发射机的自举式无源混频器，文中使用NMOS作为混频器的开关管，开关管栅极的偏置电压是在中频输入电压的基础上叠加一个可编程的电压，以此改善混频器的线性，减小本振信号馈通。然而，该种无源混频器的开关管栅极往往被偏置在一个固定电压，而开关管源极电压是可变的中频信号，其幅度是随时间不断变化的，因此开关管的过驱动电压也是不断变化，其导通电阻也是随中频信号的幅度变化而变化，从而引起更多的频率互调产物，导致混频器的线性恶化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种CMOS上变频无源混频器，以通过合理控制混频器开关管栅极的偏置电压来减少谐波失真、改善开关管的线性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

提供一种CMOS上变频无源混频器，应用于无线通信系统中的射频发射机上，其包括相互连接开关管栅压自举电路和开关管电路，且开关管栅压自举电路和开关管电路连接后输出射频频差分信号，开关管电路具有栅极。其中，该自举电路采样中频差分信号，对其进行处理后经过两个第一电阻为开关管电路的栅极提供偏置电压。

与现有技术相比，由于本发明的CMOS上变频无源混频器包括自举电路，其采样中频差分信号，对其进行一系列处理后经过两个第一电阻给开关管电路的栅极提供电压偏置，使得开关管电路的栅极电压等于输入的中频差分信号的共模电压加上一个可编程电压再加上中频信号电压，即使得开关管电路的栅极电压具有自举功能，该栅极电压能够自动跟随输入的中频差分信号的幅度进行变化。当该开关管电路导通时，因为其过驱动电压几乎保持恒定，因此导通电阻相应保持恒定，从而减少了谐波失真，提高了开关管的线性。

具体地，偏置电压等于中频差分信号的共模电压与一可编程电压之和再加上中频信号电压。

较佳地，可编程的电压电路采用两位控制字实现可编程。

较佳地，自举电路包括采样电路、可编程叠加电压电路、全差分放大器及四个第二电阻，采样电路采样中频差分信号的共模电压并将共模电压输出至可编程叠加电压电路，可编程叠加电压电路将共模电压叠加可编程电压后得到一输出电压，输出电压输入至差分放大器，中频差分信号的差分两端分别经过两第二电阻输入至全差分放大器，全差分放大器的输入端和输出端通过两第二电阻连接。

具体地，采样电路由两个阻值相同的第三电阻组成。

较佳地，全差分放大器为带共模反馈的全差分运算放大器。

具体地，四个第二电阻阻值相同。