[发明专利]具有低噪声和低变频损耗的完全I/Q平衡正交射频混频器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月13日提交的题为“A FULLY I/Q BALANCED QUADRATURE RADIO FREQUENCY MIXER WITH LOW NOISE AND LOW CONVERSION LOSS”的美国专利申请No.14/622,591的权益，其以它的整体通过引用明确并入本文。

技术领域

本公开的实施例一般地涉及无线电发射器和无线电接收器。更特别地，本公开的实施例涉及射频(RF)混频器。

背景技术

射频(RF)混频器一般是三端口射频组件，其用来改变输入信号之一的频率。在无线电发射器中，RF混频器也可以被称为上变频器。当在无线电接收器中使用时，RF混频器也可被称为下变频器。

RF混频器可以是有源组件或无源组件。为了实现小规模尺寸，RF混频器通常使用由接收功率供应的晶体管形成的有源组件，从而它可以与其他射频组件和器件一起被集成到集成电路中。

现在参考背景图1，图示了用于RF混频器100的示意性符号。混频器100具有两个输入端口LO、IF/RF和一个输出端口RF/IF。如果被用作上变频器，则输入端口是本地振荡输入端口LO和中频输入端口IF，并且输出端口是射频输出端口RF。如果混频器被用作下变频器，则输入端口是本地振荡输入端口LO和射频输入端口RF，并且输出端口是中频输出端口IF。LO端口从振荡信号源接收本地振荡信号。

混频器的目的是改变信号的频率同时维持信号的其他性质相同。在图1中，第一信号在特定频率f₁处耦合至混频器100的IF/RF端口中。载波信号在第二频率f₂处耦合至混频器100的LO端口。在混频器100的RF/IF输出端口处形成两个不同的输出信号，它们可以被选择性地使用。为了上变频至较高频率输出信号，具有等于两个输入频率之和(f₁+f₂)的频率的同相输出信号被选择。为了下变频至较低频率输出信号，具有等于两个输入频率之差(f₁-f₂)的频率的输出信号被选择。

例如，语音的声波在20至20,000赫兹的低频范围中。另一方面，蜂窝通信系统的载波频率在高得多的频带中，诸如900,000,000赫兹。为了在蜂窝电话上说话，例如，语音频率需要被上变频至蜂窝通信中使用的蜂窝载波频率。一个或多个混频器被用来将人类语音的频带或频率范围改变至蜂窝载波频率的频带。

混频器的一个重要特性是变频增益。变频增益是输出信号的振幅与输入信号(不是本地振荡LO信号)的振幅之比。变频增益可以被表达为功率比。如果变频增益小于一(例如，分数)，则通过混频器实际上存在损耗。

混频器的另一重要特性是它的噪声系数(NF)。用于混频器的噪声系数通过以下来确定：将输入端口(不是本地振荡LO输入端口)处的信噪比(SNR)除以混频器的输出端口处的信噪比(SNR)，并将比率转换为分贝。

接收器链的总体NF可以使用下面的Friis等式由接收器链中的每级的NF和增益来确定，其中F_n是噪声因子并且G_n是特定级的可用功率增益：

因此，接收器链NF可以通过增大变频增益和减小包括混频器的任何级的噪声系数而被改进。通过增大变频增益和减小混频器中的噪声系数，对其他RF组件的要求可以更放松，而导致使用较小集成电路管芯区域的更简单设计和具有较少噪声的放大的功率节省设计。

当前，广泛使用25％占空比LO生成，因为已经注意到25％占空比LO驱动的混频器减小了因I/Q耦合所致的混频器的增益损耗。然而，由于器件速度限制，25％占空比LO生成可能难以实施，尤其对于高RF频率应用。因此，本公开提供了一种用于使用50％占空比LO的技术，其防止了因I/Q耦合所致的增益损耗。

发明内容

本公开的系统、方法和设备均具有若干方面，其中没有单个方面单独负责它的可取属性。不限制如由随后的权利要求表达的本公开的范围，现在将简要地讨论一些特征。在考虑这一讨论之后、并且特别是在阅读标题为“具体实施方式”的章节之后，将理解本公开的特征如何提供了优点，这些优点包括用于无线网络中的设备的改进的窄带信道选择。