[发明专利]一种混频器优化电路

说明书

本发明公开了一种混频器优化电路，包括：有源混频器电路和偏置优化电路；所述有源混频器电路完成输入信号与本振信号LO在电流域的相乘，通过所述有源混频器的负载将变频后的电流转换为电压；所述偏置优化电路从有源混频器电路的尾电流上实现镜像，镜像电流随着有源混频器电路尾电流的大小成比例的变化；所述偏置优化电路中包括一个和有源混频器电路LO输入管匹配的金属氧化物半导体MOS管(M8)，所述MOS管(M8)在检测到有源混频器中MOS管阈值电压Vth发生变化时，所述MOS管(M8)的栅极电压随Vth的变化而变化，以保证所述有源混频器的LO输入管的直流电压偏置处在最优值。

技术领域

本发明涉及无线通信中的射频技术领域，尤其涉及一种混频器优化电路。

背景技术

WIFI、蓝牙、导航等等无线通信技术与人们的生活联系越来越紧密，人们对于无线产品的需求也日益强烈，近几年无线通信取得了迅猛的发展。作为无线通信中的射频信号与数字信号的接口部分，射频电路也在向着低噪声、高灵敏度等特点的方向发展。

混频器是射频前端电路的重要组成部分，在发射机中作为上变频器，在接收机中作为下变频器，输入与输出信号频差是本振(LO，Local Oscillator)信号的频率。常用的收发机结构中，混频器所处的位置如图1中阴影覆盖位置所示。

混频器的输入输出频率并不相同，所以它是一个典型的非线性电路。在实现变频的过程中，较多的谐波分量使得变频以后有用信号附近的噪声较大，所以能够优化混频器的噪声对于收发机都有一定的好处。

收发机中常用的混频器可以分为有缘混频器和无源混频器两种。双平衡混频器(Gilbert)是有源混频器的典型结构。相比于无源混频器，Gilbert等有源混频器具有在混频器级提供增益、放大有用信号、抑制带外噪声、降低后级级联模块的抗噪压力等优点，所以有源混频器的应用较为广泛。

有源混频器在电源VDD到地GND之间需要叠加4层的器件，如图2所示。第1层是决定混频器功耗的尾电流源；第2层是信号输入对管；第3层是LO信号输入管；第4层是混频器的负载。适当设置混频器各器件的直流偏置将会使得混频器处于正常工作状态，电路的线性度和噪声性能会处于一个较好的状态。

Gilibert单元的四层器件中，每一层器件都会对混频器贡献噪声，但是从各部分所占的比例和实现难度上来说，LO所加的开关管上(即图2中的第3层)的处理对于噪声的改善要简单而且明显。

根据开关管M3-M6源极电压VB_S、栅极直流电压VB_G和金属氧化物半导体(MOS，Metal Oxid Semiconductor)管阈值电压Vth的关系，可以将其工作状态分成如下两种：

第一种工作状态如图3所示，由于开关管的W/L(宽长比)较小，每路开关管要流过IB/4(其中，IB为混频器尾电流源电流大小)的直流电流，所以VB_G＞VB_S+Vth，此时在一个本振信号LO的周期内，相反相位本振信号LO+和LO-控制的开关管在一小段时间内同时打开，如图3中阴影所覆盖的三角部分所示，这种工作状态称之为ON OVERLAP(打开交叠区)。这种情况出现时，差分输入信号会在一段时间内同时输出到下一级(即图2中的第4层)，如图4所示，造成了差分信号之间的抵消，信噪比下降。

第二种工作状态如图5所示，此时开关管的W/L较大，每路开关管流过IB/4的直流电流时，基本没有过驱动电压，所以VB_G≈VB_S+Vth，此时在一个本振信号LO的周期内，相反相位本振信号LO+和LO-控制的开关管基本不会同时打开，这种工作状态称之为NOOVERLAP。这种情况出现时，差分输入信号会交替输出到下一级，减少了差分信号之间的抵消，信噪比比第一种状态要好。但是较大的W/L比，使得驱动开关管的LO驱动器需要消耗很大的电流来驱动开关管。

因此，怎样综合考虑上述功耗和噪声的因素，使混频器尽量在功耗和噪声平衡方面达到最优，是亟待解决的技术问题。

发明内容