[发明专利]一种低功耗宽带射频混频器

说明书

本发明公开了一种采用多路反馈跨导增强和共模反馈有源负载的低功耗宽带射频混频器，解决现有混频器工作频带较窄、噪声系数较高的问题，并进一步提高线性度和功耗性能。该混频器包括采用电阻电容构成的信号输入级(1)、多路反馈双重跨导增强结构构成的跨导级(2)、对称开关管构成的开关级(3)和共模反馈有源负载构成的负载级(4)。本发明在混频器的跨导级引入多路反馈，提高了混频器的转换增益，实现了混频器增益和输入匹配的折衷，拓展了混频器的工作带宽。本发明使用的多路反馈还实现了噪声抵消，优化了混频器的噪声性能。本发明在负载级使用共模反馈有源负载，优化了混频器的线性度性能。本发明结构简单，易实现，占用面积小。

技术领域

本发明涉及一种采用多路反馈跨导增强和共模反馈有源负载的低功耗宽带射频混频器，具有宽带、低噪声系数和低功耗的特点，属于射频集成电路技术领域。

背景技术

随着个人通信技术和市场的迅速发展，通信容量、速率和低功耗要求不断提高。各种各样的通信协议和标准不断涌现，通信设备需要兼容多个通信标准，可以同时工作在不同频带，且不导致性能下降。在射频接收机中，主要模块电路为射频接收前端和基带处理电路。射频接收前端对整个接收机的性能起决定性作用。混频器作为射频接收机的关键模块，一般与低噪声放大器相连接，用来将低噪声放大器处理后的射频信号与本振信号混频，使射频信号的频谱搬移至中频。混频器的主要技术指标为：转换增益、噪声系数、线性度、功耗和芯片面积等。因为需要兼容多通信标准、适应高速通信的要求，对混频器的工作带宽和工作频率也有严格的要求。随着集成电路的持续发展，市场竞争加剧，成本问题也成为需要特别考虑的方面。

传统射频混频器分为无源和有源两种结构。无源混频器具有低功耗和高线性度的优点。但对本振信号的幅度有着较高的要求，且需要一个设计良好的缓冲器作为负载来提供电压增益，其次信号馈通干扰也是无源混频器的一大缺点。有源混频器主要由吉尔伯特单元构成，由跨导级、开关级和负载级构成。跨导级将输入电压信号转换为电流信号。开关级由本振信号控制，对射频电流信号通路进行连续的开断，从而实现频谱搬移。负载级将已经转换至中频的电流信号转换为电压信号，并为混频器整体提供增益。有源混频器的主要优点是可以提供正的转换增益，从而优化噪声性能。缺点是线性度不如无源混频器。为了改善有源混频器的性能，通常采用跨导增强技术来提高增益；采用有源负载来增大输出信号裕度。同时使用共栅结构来拓展工作频带带宽。

跨导增强的一种方式是交叉电容耦合技术，图1参考文献【1】(Z.Lei,K.Minsu,andY.Youngoo.A common-gate down-conversion mixer with capacitive cross-coulpingtechnique for UHF RFID applications,in International Conference on MicrowaveTechnology&Computational Electromagnetics,2011.ICMTCE 2011.IEEE,2011,pp.277-280.)其结构由带交叉电容耦合跨导增强的共栅跨导级、开关级和电阻负载构成。带交叉电容耦合跨导增强的共栅跨导级由NMOS放大管M1、M2构成，放大结构为共栅结构；交叉耦合的电容C1和C2将差分输入信号交流耦合至M1、M2的栅端，使得其栅源端之间的交流信号压降增大一倍，可等效的看为引入了一路正反馈，使跨导增加了一倍。从而实现跨导增强，来提高混频器的转换增益。