[发明专利]基于变压器结构的谐波控制CMOS混频器

权利要求书

1.一种基于变压器结构的谐波控制CMOS混频器，其特征在于，包括：依次连接的跨导级，基于六端口变压器的谐波控制网络，开关级和输出级，射频信号由跨导级放大后输出至谐波控制网络，谐波控制网络控制放大后的射频信号的谐波中的二次和三次谐波，再经过开关级产生中频信号，最终经过输出级输出；

所述的基于六端口变压器的谐波控制网络包括：初级电感LP1、电感LP2和初级中心抽头处电感LC；变压器次级电感LS1、电感LS2和次级接地用中心抽头；其中，六端口变压器为全差分结构，使用初级电感LP1、电感LP2、初级中心抽头处电感LC构成变压器初级线圈部分，变压器次级电感LS1、电感LS2构成变压器次级线圈部分，电感LT1、电感LT2、电容CT1、电容CT2为变压器次级输出端的三次谐波控制网络，跨导级输出的差分信号通过初级电感线圈耦合到次级电感线圈；

所述的开关级包括：构成双平衡结构开关级的四个相同尺寸的NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5和NMOS管MN6；用作混频器负载的差分电感L1、L2和电容C1、C2，使用电感L1和L2为差分电感的两极，中心抽头部分接电源电压供电，使用电容C1、C2示意为连接差分电感两端的电容；

其中，NMOS管MN3与NMOS管MN4构成第一开关支路，NMOS管MN5与NMOS管MN6构成第二开关支路；所述第一开关支路和第二开关支路的栅极分别连接差分本振信号的两端LOP与LON；所述第一开关支路MN3与MN4的源极连接在一起，所述第二开关支路MN5与MN6的源极连接在一起，分别连接谐波控制网络的次级差分信号端；NMOS管MN3和NMOS管MN5的漏极连接在一起，NMOS管MN4和NMOS管MN6的漏极连接在一起，分别连接差分负载的L1，C1部分和L2，C2部分，作为连接到输出级的差分输出端；

在跨导级和开关级之间连接的六端口变压器用以耦合射频信号；变压器初级线圈的中心抽头提供跨导级的电源供电，变压器次级线圈的中心抽头提供开关级的源极接地；变压器的端口阻抗特性通过对变压器建模获得，即从跨导级的漏级往变压器初级差分端口看进去的二次谐波阻抗呈现为高阻状态，在变压器次级差分端构造了一个电感电容串联网络谐振，在变压器次级差分端三次谐波阻抗为短路到地。

2.根据权利要求1所述的基于变压器结构的谐波控制CMOS混频器，其特征在于，所述的跨导级包括：NMOS管MN1，NMOS管MN2，其中，NMOS管MN1，NMOS管MN2的栅极作为两个射频输入端并分别连接一个差分射频电压信号的两端，NMOS管MN1和NMOS管MN2的源极连接在一起，NMOS管MN1，NMOS管MN2的漏极作为所述跨导级的两个输出端输出差分射频电流信号。

3.根据权利要求1所述的基于变压器结构的谐波控制CMOS混频器，其特征在于，所述的输出级基于TIA放大器结构，包括：PMOS管MP1、PMOS管MP2，NMOS管MN7、NMOS管MN8，电阻R1、电阻R2和电容CP、电容CN；

其中，在输出级和开关级之间连接射频耦合电容CP、CN起隔直作用，耦合开关级输出的射频信号到输出级；PMOS管MP1、PMOS管MP2的源极接电源电压，漏极分别接NMOS管MN7和NMOS管MN8的漏极；NMOS管MN7和NMOS管MN8的源极接地，栅极分别连接PMOS管MP1和PMOS管MP2的栅极；电阻R1两端分别连接PMOS管MP1的栅极和NMOS管MN7漏极，电阻R2的两端分别连接PMOS管MP2的栅极和NMOS管MN8的漏极。