[发明专利]一种高线性度有源双平衡混频器

说明书

本发明涉及一种高线性度有源双平衡混频器，其包括第一级混频单元和第一级混频单元，第一级混频单元位于无源电容C10和无源电容C11的一端，第二级混频单元位于无源电容C10和无源电容C11电容的另一端；第一级混频单元包括射频正向信号支路、尾电流I1、无源电容C1和射频负向信号支路，射频正向信号支路和射频负向信号支路左右两个支路在无源电容C1处表现为交流对称，第二级混频单元包括由NMOS晶体管M5、M6、M7、M8形成基尔伯特混频结构。因此，本发明提供的高线性度有源双平衡混频器既实现较高的线性度和足够的增益，且对于输入晶体管来说，减小了跨导，避免了电压摆幅的问题。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路的射频电路领域，更具体地说，涉及一种高线性度有源双平衡混频器。

背景技术

快速增长的无线通信市场使得无线通信技术向着低成本、低功耗和高集成度的方向发展。在无线应用中，便携式设备占据着市场的很大份额。便携式设备的特殊性对集成电路的功耗提出了新的要求，尤其是在医学和自动控制应用领域，电池使用寿命成为评估产品性能的一个重要指标。

在进入90nm～55nm技术节点后，功耗问题尤为突出，单位面积上的功耗密度急剧上升。因此，功耗已经成为集成电路中继传统两个要素即速度和面积后的又一个关键要素。在设计时必须先考虑产品的功耗问题，并且进行从系统架构到底层电路设计的一系列优化以降低电路功耗，延长使用寿命。

混频器(Frequency mixer)是非线性无线通信电路的一种，混频器把两道不同频率的输入讯号混合成一道特定频率的输出讯号，其是无线通信系统射频接收机前端的关键模块，在接收并下变频信号的过程中起着关键性的作用。不同的接收机系统架构，包括外差结构、直接下变频结构和低中频结构等，都需要一个能将射频(RF)频率下变频到基带中频(IF)频率的电路模块，这一关键电路模块的功能由混频器来实现，因此，混频器的增益、噪声、线性度等都将直接影响着整个接收机的性能。

本领域技术人员清楚，一个高性能的混频器不仅需要具有足够好的转换增益，使得信号在下变频的过程中同时被有效放大，而且需要具备足够低的噪声和线性度，使得混频器对整个系统有着优越的性能贡献。所以，在实际设计中，一般采用折衷方案，综合考虑各项因素，兼顾各项指标的均衡。

请参阅图1，图1所示的电路为一种传统的有源双平衡混频器(又称基尔伯特混频器)结构示意图。如图1所示，NMOS晶体管M1和NMOS晶体管M2作为射频信号的输入管，其栅极分别接收来自低噪声放大器(Low Noise Amplifier，简称LNA)的差分信号RF_n和RF_p。NMOS晶体管M3、 NMOS晶体管M4、NMOS晶体管M5和NMOS晶体管M6作为本征信号的输入管，NMOS晶体管M3、NMOS晶体管M6的栅极接收来自电压控制振荡器(Voltage ControlledOscillator，简称VCO)的本征信号LO_p，NMOS 晶体管M4、NMOS晶体管M5的栅极接受来自VCO的本征信号LO_n。 NMOS晶体管M3的漏极与NMOS晶体管M5的漏极相连，输出混频后的低频信号IF_n，NMOS晶体管M4的漏极与NMOS晶体管M6的漏极相连，输出混频后的低频信号IF_p。NMOS晶体管M1的源极和NMOS晶体管M2 的源极分别与电感L2、L3相连，并通过电感L1接地。

然而，对于图1所示的混频器来说，为了实现较高的线性度(通常用IIP3 指标衡量)和足够的增益，对于输入晶体管(NMOS晶体管M1和NMOS 晶体管M2)来说需要有较大的跨导，本领域技术人员清楚，在MOS管中，跨导的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，在转移特性曲线上，跨导为曲线的斜率，这样会引起电压摆幅的问题。

因此，是目前业界急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于射频领域的高线性度有源双平衡混频器。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：