[发明专利]一种低噪声混频器电路

说明书

技术领域

本发明属于射频集成电路领域，尤其涉及一种低噪声混频器电路。

背景技术

随着CMOS工艺特征尺寸按比例缩小和电路技术的不断改进，出现了越来越多的高性能、高集成度的无线射频芯片(RFIC)，这些芯片已被广泛应用各种制式无线通信系统，例如无线局域网(LAN)、无线多媒体和家庭无线控制系统的需求显著增长。

混频器是无线收发机中的一个重要模块，能够实现频率搬移的功能，其性能决定着整个收发机的性能。根据噪声级联公式，如果接收机的第二级单元下变频混频器具备低噪声特性，那么第一级单元低噪声放大器可以省去以节约系统功耗，即可以把低噪声放大器和混频器融合在一起作为射频接收前端使用。传统的混频器结构分为有源混频器和无源混频器。无源混频器的线性度通常会高于有源混频器，但是无源混频器没有转换增益。相比之下，电流换向型有源混频器具备转换增益，并且工作可靠，端口隔离度好，但是其噪声较高。

有源混频器的噪声主要来源于开关级的闪烁噪声和射频跨导级的热噪声。为了降低开关级的闪烁噪声，通常的做法是采用如图1所示的电流注入型有源混频器(J.Park,C.H.Lee,B.-S.Kim,and J.Laskar,“Design and analysis of low flicker-noise CMOS mixers for direct-conversion receivers,”IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.54,no.12,pp.4372–4380,Dec.2006.)。它通过恒流源为跨导级提供大部分的偏置电流，从而降低流过开关管的直流电流，进而降低混频开关级的闪烁噪声。但这样做的后果是在开关级的源极引入较大的寄生电容，同时恒流源本身不提供增益却引入噪声。另外，为了进一步提高有源混频器的噪声性能，需要在射频跨导级采用噪声消除技术以降低射频跨导级的噪声系数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种将低噪声放大器和混频器融合的低噪声混频器电路，能够直接作为射频接收机前端工作，且具有低功耗、低噪声、高增益的特点。

本发明是采用以下技术手段解决上述技术问题的：一种低噪声混频器电路，包括噪声消除跨导输入级、开关混频级、和输出负载级部分；其中所述噪声消除跨导输入级接收RF电压信号，将RF电压信号转换为电流信号；开关混频级由本振信号LO控制，对电流信号进行周期性换向，将频率从射频变换到中频，完成频率变换；输出负载级，对高频信号进行滤波抑制，并将相应的中频信号转换为输出IF电压信号。

进一步的，噪声消除跨导输入级为差分对称结构，左右侧结构完全相同，以左侧为例，左侧结构包括第一互补晶体管对Mn1和Mp1、第二互补晶体管对Mn2和Mp2、第三晶体管M3；

所述噪声消除跨导输入级中，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极作为射频差分信号输入，射频差分信号为一电压信号V_RF+，并且第二互补晶体管对Mn2和Mp2的栅极和第一互补晶体管对Mn1和Mp1的栅极连接在一起，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的源极连接至交流地，晶体管Mn2的源极接地，晶体管Mp2的源极接电源V_DD，第一互补晶体管对Mn1和Mp1的漏极通过耦合电容连接到第三晶体管M3的源极，左右侧结构中的第三晶体管M3共栅极，第三晶体管M3的源极通过电流源连接到地，同时第三晶体管M3的源极通过串联的反馈电阻R_F、信号源电阻R_S和信号源V_S接地，第三晶体管M3的漏极连接到第二互补晶体管对Mn2和Mp2的漏极。

优化的，左侧结构的第三晶体管M3的漏极通过电容连接到右侧结构的晶体管Mn2的衬底，同样的，右侧结构的第三晶体管M3的漏极通过电容连接到左侧结构的晶体管Mn2的衬底。

进一步的，所述开关混频级包含4个开关晶体管M4、M5、M6、M7和左右侧PMOS晶体管M8、M9，输出负载为电阻R_L和电容C_L构成的IF滤波器；