[发明专利]带有片上有源平衡-不平衡变换器的超宽带混频器电路

说明书

技术领域

本发明属于射频无线接收机集成电路技术领域，具体涉及一种带有片上有源平衡-不平衡变换器(balun)的超宽带混频器电路。

背景技术

随着移动通信和半导体技术的迅猛发展，对于可同时覆盖多种通信标准的多频段多模式的无线电的需求与日俱增，出现了各种通信标准，如数字电视广播(DVB)、手机无线网络、GPS全球定位系统和卫星通信网络等。为了将这些通信标准功能集成，就对无线电系统提出了多频段多模式兼容的要求。开发频率覆盖从百兆赫兹低频到6GHz(软件无线电SDR)甚至10GHz(超宽带通信UWB)的能满足多种通信标准要求的集成宽带无线电接收机已成为工业界和学术界的研发热点。

作为宽带接收机前端电路中的核心模块之一，下混频器将前端LNA放大后的信号从射频段搬移到中频段，频率较低的中频信号便于基带电路进行基带信号处理。按照混频器是否提供功率增益，混频器的结构可分为有源混频器和无源混频器。无源混频器不提供转换增益，但线性度高；有源混频器提供一定的转换增益，可减小后级模块对噪声系数的贡献。

在有源混频器中，双平衡混频器的输入信号和本振信号都采用差分形式。无线收发机模块中较常用的传统双平衡混频器结构是Gilbert混频器。但Gilbert混频器具有以下的缺点：1)需要功耗较大的LO驱动电路以提供高摆幅对开关对管进行充分的开关操作；2)要保证开关对管在处于导通时工作在饱和区则需要高的电压裕度，将限制IF负载电阻即限制了转换增益；3)LO开关管的1/f噪声将恶化混频器噪声系数。

在文献《E.A.M.Klumperink，S.M.Louwsma，G.J.M.Wienk and B.Nauta，A CMOS switched transconductor mixer，JSSC，VOL.39，NO.8，August2004》中，提出了一种利用NMOS和PMOS管构成的反相器对RF跨导管放大的电流进行开关切换控制，从而能在低电压下实现混频功能的混频器。该结构的LO开关管位于RF平衡对管的共源节点处，使得开关管的噪声作为共模噪声出现在IF负载上而被抵消抑制。但这种结构混频器也具有以下的缺点：1)NMOS和PMOS管构成的反相器结构不适用于高频的LO应用，其引入的寄生电容将在高频严重衰减LO信号，这就需要较大的LO功率驱动开关来保证混频器的良好性能。2)需要额外产生一对差分的LO信号，幅度和相位的不一致性将恶化混频器性能，而在超宽带下产生较理想的差分信号是困难的。若系统只提供一路单端LO信号，则需要额外的单端转差分电路，加大了电路的复杂性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种应用于射频接收机芯片的带有片上有源balun的超宽带混频器电路，以解决解决传统Gilbert混频器需要功耗较大的LO驱动电路，转换增益受限，LO开关管1/f噪声恶化的缺点和反相器开关跨导混频器结构的大LO功率驱动，需额外差分的LO信号的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种带有片上有源平衡-不平衡变换器的超宽带混频器电路，该电路包括LO开关级、RF跨导放大级和IF负载级，其中：

LO开关级为三端口片上有源平衡-不平衡变换器结构，三端口分别连接第一节点1、第二节点2和第三节点3，LO信号与第一节点1相连，两路输出信号分别连接第二节点2和第三节点3；

RF跨导放大级由第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6构成，偏置电路作用在RF跨导放大级中的第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6的栅极，提供偏压保证第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6直流工作在饱和状态；经跨导放大后的RF电流信号以LO频率在输出差分负载上交替输出实现RF频率与LO频率的相乘混频操作，混频后得到的IF信号输出在IF负载级上；

IF负载级由两路阻抗网络Z_L构成，一路阻抗网络Z_L两端接第四节点4和第六节点6，另一路阻抗网络Z_L两端接第五节点5和第六节点6；第六节点6接电源电压Vcc；

其中，信号LO表示本地振荡信号；信号RF+和RF-表示输入射频差分信号；信号IF+和IF-表示输出中频差分信号。