[发明专利]可配置增益的双平衡无源混频器

说明书

本发明公开的一种可配置增益的双平衡无源混频器，转换增益高，增益配置灵活。本发明通过下述技术方案实现：高通滤波电路调出需要的频率特性且阻止频率低于一个确定频率阈值的信号和允许频率高于该确定频率阈值的信号通过，将射频输入信号隔直流、通交流进行高通滤波；通过开关混频电路以电路结构均相同的N个并联的子混频电路接收来自压控振荡器的本振信号，直接处理射频信号，转化为中频电流信号；跨阻放大电路接收输入微弱电流，将开关混频电路输出的中频电流信号转化为中频电压信号；通过外部输入的数字信号配置开关混频电路增益，产生随开关混频电路增益控制参数和跨阻放大电路增益电阻增加而增加的增益，在上位机控制下可随时调节混频器增益。

技术领域

本发明属于通信系统混频器技术领域，涉及一种可配置增益的双平衡无源混频器。

背景技术

无线接收机一般包括天线、射频前端、基带处理电路、应用接口。射频前端一般包含下变频电路、滤波电路和增益控制电路。在接收机输入信号功率上下浮动时，增益控制电路可以通过调节增益，将信号强度调整至理想范围，使得后级电路比如模数转换器既不会由于输入信号太大而饱和，也不会由于输入信号太小而被噪声淹没。但接收机中增加一级增益控制级势必恶化系统的噪声、线性度等。双平衡无源混频器能够在整个RF带宽内提供出色的射频(RF)和中频(IF)相互隔离、射频(RF)和本振(LO)的相互隔离，以及本振(LO)和中频(IF)的隔离，具有很好的端口隔离度。另外，差分的射频输入电路结构也可以有效抑制射频信号中的共模噪声。无源平衡混频器内核还能提供很好的输入线性度，使该电路能用在要求苛刻的宽带应用中。双平衡无源混频器被广泛应用到混频器电路设计当中。

混频器是一种三端口电子电路，利用器件的非线性特性来实现信号频率的变换，产生输入频率的和频和差频分量，分为有源混频器和无源混频器。使用二极管的混频器为无源混频器，使用场效应晶体管的混频器可以是有源混频器或者无源混频器，使用双极结型晶体管(BJT)的混频器属于有源混频器。混频器由于实现了射频与中频之间的互相转换被广泛应用于通信系统，成为无线通信系统射频前端的核心部分之一，其性能的好坏将直接影响整个系统的性能。混频器的主要性能参数有线性度、转换增益、隔离度、噪声系数(NF)。在射频接收链路中，混频器用来将高频信号搬移到低频或中频，实现下变频。无源混频器线性度好、功耗低、结构简单。

线性度决定混频器能处理的最大信号强度。通常用1dB压缩点和三阶交调点描述。当混频器在其线性范围内运行时，中频输出功率的增加量与射频输入功率的增加量相对应。在线性范围之外，会发生增益压缩。输入1dB压缩点是指混频器的输出信号功率偏离它的线性响应输出功率1dB时的输入信号功率，该点所对应的输出信号功率为输出1dB压缩点。三阶交调点描述混频器的小信号三阶非线性，通常输入三阶交调点要比输入1dB压缩点高10～15dB。变换增益(或变换损耗)是判断混频器配置为有源架构或无源架构的重要依据。无源混频器不包含放大信号的元件，存在插入损耗；而有源混频器包含有源器件，能够提供变换增益。相对于有源混频器，无源混频器很难满足高增益的需求，目前有源混频器大部分结构都是基于Gilbert单元进行的电路结构扩展来实现的，其变频增益大多是固定的，但不同的使用场景对变频增益的需求不同，变频增益低了固然不好，但变频增益过高会损害信号的线性度，所以目前的混频器无法满足对不同变频增益的需求。

隔离度是混频器电路平衡性的一个量度。耦合到混频器中的本振功率会影响性能。给定混频器的本振功率不足将使转换增益和噪声系数降低，从而导致系统灵敏度降低。如果端口间隔离度不足，本振将与其自身信号混频，从而在混频器输出产生一个直流失调，进而降低接收机性能。双平衡混频器与单管或单平衡混频器相比，各端口间的隔离度更好，信号的相互泄漏更小。对于很多应用，本振功率泄漏到射频端的指标可以反映出本振信号从天线再辐射的强弱程度。