[发明专利]一种高线性度折叠镜像混频器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高线性度折叠镜像混频器，采用电流镜内嵌双平衡开关对的结构。具有转换增益大、线性度高、适合于低电源电压的特点。 

背景技术

在射频信号接收链路中，混频器的作用在于将输入射频信号下变频至基带或者中频以便于后续模块进行处理。作为整个接收链路的考虑，混频器应具有较高的转换增益以抑制后级中频放大电路及滤波电路的噪声对整个接收链路噪声系数的影响。此外，混频器本身应具有相比中频模块较低的噪声系数以减轻低噪声放大器的设计压力。随着多载波技术和复杂调制技术越来越多地应用到无线通讯中，对接收机的线性度要求也逐渐提高。由于集成电路工艺的局限性，很难对射频电路采用诸如运放反馈、跨导自举等提高线性度的技术；这使得射频电路的线性度不像中频电路那样可以灵活应用各种模拟电路设计方法进行提高。混频器位于射频前端的最后一级，根据系统级联公式，混频器对整个射频前端的线性度而言具有决定性的影响，因此如何提高混频器的线性度是设计人员不断追求的目标。 

混频器可以分为有源混频器与无源混频器，无源混频器往往具有较好的线性度，但是由于其低于0dB的转换增益，使得后级模块的噪声系数对整个接收机产生了较为严重的恶化(中频模块的噪声系数通常比射频电路高10dB左右)，因此在要求较高的通信电路中很少被采用。而有源混频器则可以在提供混频功能的同时一并具有对信号的放大功能，有效地抑制了较为严重的中频电路噪声。因此有源混频器在射频接收机中占据了主流的地位。 

有源混频器的结构很多，其中采用基于吉尔伯特单元的双平衡开关混频器的吉尔伯特混频器得到了较为广泛的应用。吉尔伯特混频器具有比较平衡的性能指标，但是其从电源到地层叠了过多的晶体管，使得其不适合低电源电压的应用场合。人们尝试将混频级和负载级与跨导级折叠开，这样的混频器被称为折叠式吉尔伯特混频器。折叠式混频器解决了低电源电压的问题，同时由于降低了本振开关级的偏置电流，其噪声系数也同时得以改善。但是，由于跨导级晶体管有限的 输出阻抗和寄生电容的影响，在跨导级与本振级之间存在射频电流的分流现象。整个折叠式混频器可以看成跨导级与本振级及负载级的级联，根据线性度级联公式，整个混频器的线性度被恶化了。这也是折叠式结构线性度不高的主要原因。在本设计中，采用了电流镜内嵌双平衡开关的本振级。这样从结构上看该混频器是折叠的(跨导级、本振级、负载级并列布置)，解决了低电源电压的问题。从线性度的角度看，射频电流是通过电流镜精确复制到负载级的，而不是单纯的级联，线性度与单级电路相仿。 

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种高线性度折叠镜像混频器，该混频器采用电流镜内嵌双平衡开关对的结构。具有转换增益大、线性度高、适合于低电源电压的特点。 

技术方案：本发明目的通过以下方法实现：利用电流镜结构内嵌双平衡开关混频级，双平衡开关混频级实现混频功能，电流镜结构实现了结构的并列布置同时保障了较为理想的线性度。 

一种高线性度折叠镜像混频器，包括依次连接的射频跨导级、电压混频核心电路和中频输出级；射频跨导级包括：NMOS管M1和M2，PMOS管M3、M4、M5和M6；电压混频核心电路包括：PMOS管M12、M13、M14和M15； 

输入射频信号通过电容耦合到输入跨导管M1，M2，转化为射频电流； 

M3与M4，和M5，M6一同构成了差分的电流镜；所述射频电流，在M3和M4上形成电压信号，M3、M4、M5、M6同样的沟道长度； 

该电压信号经过由M12～M15构成的双平衡开关管，在本振信号为正时，将M3的栅电压输送到M6，将M4的栅电压输送到M5；在本振信号为负时，将M3的栅电压输送到M5，将M4的栅电压输送到M6；这样，M5，M6复制的电流，随着本振频率，在跨导级正端电流和负端电流之间来回切换，形成变频电流，经低通滤波后在中频输出级的负载电阻上形成输出电压。 

还包括误差放大器A1； 

所述射频跨导级还包括：隔离电阻R1和R2；输入管偏置电阻R0和R3； 

电压混频核心电路还包括：NMOS管M10和M7；NMOS管M11和M8；电容C2； 

中频输出级包括：负载电阻R4和R5； 

输入射频正极连到电容C0的上极板，电容C0的下极板与M1管的栅极相连；输入射频负极连到电容C1的上极板，电容C1的下极板与M2管的栅极相连； 

M1管的源极接电阻R1的正端，R1的负端接地；M2管的源端接电阻R2的正端，R2的负端接地；