[发明专利]一种无源混频器

说明书

本发明公开了一种无源混频器，包括：跨导级模块，用于将射频电压输入信号RF转化为射频电流输出；无源开关模块，用于采用多个开关管，各开关管连接共模电压跟随电路，以获得跟随共模电压变化的偏置电压，并在同相本振信号和反相本振信号的控制下将所述跨导级模块输出的射频电流转换为中频电流输出；跨阻放大极，用于将所述无源开关模块输出的中频电流转换为中频电压输出；共模电压跟随电路，用于产生并输出跟随共模电压变化的偏置电压至所述无源开关模块；通过本发明，一方面可使得无源混频器开关管能跟随信号共模电压的变化，具有较高的自适应性；另一方面能自动校准混频器的直流偏移，提高二阶非线性性能。

技术领域

本发明涉及一种无源混频器，特别是涉及一种利用自跟随偏置和失调消除的无源混频器。

背景技术

无源混频器具有低闪烁噪声、低功耗、灵活的增益配置等优点，在低功耗以及多模多带射频收发器中得到了深入研究和广泛应用。其结构通常由跨导级(Gm)，无源MOS管开关(SW)和跨阻放大器(TIA)三部分组成。由于开关管没有直流电流，避免了低频闪烁噪声贡献，因此特别适合于零中频接收机和低中频接收机使用。

对于零中频和低中频直接变频接收机，由于中频频率很低，通常中频电路各模块采用直流耦合方式连接，所有模块共享相同的共模电压V_CM。由于跨阻放大器，低通滤波器(LPF)，可变增益放大器(VGA)以及模数转换器(ADC)等均有共模反馈电路，因此只需将所有电路的共模参考电压都接到同样的V_CM即可。但混频器的开关管栅极偏置电压通常由二极管连接的MOS管产生，该电压与V_CM无关。因此当V_CM变化时，开关管的栅源之间电压V_GS会发生变化，使得开关管性能变化，从而改变混频器的性能指标。

如图1所示为一种常用的跨导-开关-跨阻型CMOS无源混频器结构。其中10部分为跨导级Gm，用于将射频电压输入信号转化为电流输出；20部分为无源开关管，由于开关管源漏两端电压差为零，因此开关没有直流电流流过，消除了闪烁噪声的影响；30部分为跨阻放大级，通过运放反馈形式将电流信号再次转换为电压信号输出，实现混频和放大的作用。传统的混频器设计中，开关管M1～M4采用共用的直流偏置电压V_B。因此每个开关管偏置电压相同。偏置电压产生电路的典型结构如图2所示，通过偏置电流I_B流过一个二极管连接的NMOS管Mn，得到偏置电压V_B。由于开关管M1～M4的源极和漏极电压等于跨阻放大器的共模电压V_CM，因此其栅源电压为：

V_{GS_M1～4}＝V_B-V_CM

可见，当共模电压V_CM变化时，开关管栅源电压也随之变化，从而影响混频器的增益、噪声和线性度等性能指标。另外，尽管图1所示的混频器在电路结构上保持对称，但是由于版图和干扰的非对称特性，开关管M1～M4仍然会有不可避免的工艺偏差，各个电路节点的寄生效应也不可能完全相同，因此在中频输出端会表现为直流的电压失配和交流的二阶失调特性。

要想得到不随V_CM变化的性能，就需要开关管的栅极电压能够自动跟随V_CM变化。在专利号为CN201010219074的中国专利申请“一种能跟随MOS晶体管阈值电压的无源混频器偏置电路”中，提出了一种基于电阻分压的跟随方法，将开关管的V_GS稳定在I₁*R₂上，但由于电阻R₂和开关管没有匹配关系，因此该方法对于工艺、电压、温度(PVT)偏差容忍较低，另外，对于全集成射频接收机，通常共模电压V_CM由片内带隙基准(Bandgap)产生，以提供给多个模块共用。而该方法产生的共模电压I₁*R₂无法精确控制和调节，也不适合给其它模块使用。