专利名称：一种双正交折叠开关上变频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频集成电路设计技术领域，具体涉及一种应用于多带一
正交频分复用超宽带(MB-OFDM UWB)收发机射频前端的双正交折叠 开关上变频器。
背景技术：
多带一正交频分复用超宽带(MB-OFDMUWB)是一种使用500MHz 以上带宽的技术，主要用于实现短距离、高速率的无线通信，传输距离一 般在10m以内，传输速率可以达到4S0M/s甚至更高。其频率范围为3.1 至10.6GHz，划分成14个信道，5个组，其中有4个组每组包含3个信道， 另一个组包含2个信道，每个信道为528MHz，并且发射功率谱密度小于 -41.25dBm/MHz0
上变频器是收发机射频前端的重要电路模块，也是整个收发机的设计 难点之一。与传统的双平衡结构上变频器(如图1所示)相比，应用于 MB-OFDMUWB系统中的上变频器具有以下特点1、工作频率高(最高 达10.6GHz); 2、工作频带宽(几个GHz)。基于以上特点，在保证增益 和噪声系数的前提下，良好的宽带匹配和增益平坦度是上变频器设计的难 点。
发明内容
(一) 要解决的技术问题
有鉴于此，为解决以上难点，本发明的主要目的在于提供一种应用于 MB-OFDMUWB收发机射频前端、工作频率为6至9GHz、高增益且同时 能实现宽带匹配、增益平坦度的CMOS双正交折叠开关上变频器。
(二) 技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下
一种用于多带正交频分复用超宽带收发机射频前端的双正交折叠开 关上变频器，该双正交折叠开关上变频器由顺序连接的输入级、开关级、 开关偏置电流源和输出级四部分构成。
上述方案中，所述输入级由PMOS管M2、 M4、 M6、 M8， NMOS管 Ml、 M3、 M5、 M7，反馈电阻R1 R4和隔直电容C1 C8构成类似反 相器的结构；上述PMOS管、NMOS管、反馈电阻和隔直电容之间的连 接关系为输入I、 Q两路信号BB—1+、 BB—1-、 BB—Q+、 BB—Q-分别加在 M2、 M4、 M6、 M8的栅极上，M2、 M4、 M6、 M8的栅极分别与Cl 、 C3、 C5、 C7的一端相连，源级都接电源，漏级分别与Ml、 M3、 M5、 M7的漏级相连，同时漏级也分别与R1、 R2、 R3、 R4、 C2、 C4、 C6、 C8 的一端相连，Ml、 M3、 M5、 M7的栅极分别与C1 、 C3、 C5、 C7、 Rl、 R2、 R3、 R4的另一端相连，源级都接地，C2、 C4、 C6、 C8的另一端分 别接开关级NMOS管M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源级 和开关偏置电流源M17、 M18、 M19、 M20的漏级。
上述方案中，所述开关级由NMOS管开关对M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16构成，上述NMOS管开关对之间的连接关系为M9、 Mll、 M13、 M15的源级分别与MIO、 M12、 M14、 M16的源级连在一起， M9、 Mll、 M13、 M15的源级并分别接在开关偏置电流源M17、 M18、 M19、 M20的漏级，M9、 MIO、 M13、 M14的栅极分别与M12、 Mll、 M16、 M15的栅极相连，M9、 MIO、 M13、 M14的栅极并分别接本振信 号LO—1+、 LO—1-、 LO—Q+、 LO—Q-， M9、 Mll、 M13、 M15的漏级分别 与M10、M12、M14、M16的漏级连在一起，并分别接输出VOUT+、 VOUT-。
上述方案中，所述开关偏置电流源由NMOS管M17、 M18、 M19、 M20构成，该四个NMOS管M17、 M18、 M19、 M20的漏级分别连在开 关对M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源级，栅极均接偏置电 流IB，源级均接地。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发 具有以下有益效果
5本发明中的这种用于多带正交频分复用超宽带收发机射频前端的双 正交折叠开关上变频器与已有的设计方案相比，具有以下两个明显的优 点
1、 输入级采用带有电阻负反馈的类似于反相器的结构，信号通过交 流耦合送入开关级，易于实现宽带匹配，且不占用额外的芯片面积；
2、 开关级的偏置电流由单独的电流源提供，而不由输入级提供，所 以该偏置电流可以设计为较小的值，既能减小噪声，又能提高增益，还能 降低电压消耗，可应用于低电源电压系统中。
综上所述，采用本发明提供的用于多带正交频分复用超宽带收发机射 频前端的双正交折叠开关上变频器，能使其各项性能指标都满足系统要 求。
图1为传统的双平衡结构上变频器的示意图2为本发明提出的用于多带正交频分复用超宽带收发机射频前端的 双正交折叠开关上变频器的示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提出的用于MB-OFDM UWB的6-9GHz CMOS双正交折叠开 关混频器，结合附图及实施例详细说明如下
图2为本发明提出的用于多带正交频分复用超宽带收发机射频前端的
双正交折叠开关上变频器的示意图，它由四个部分构成输入级，开关级，
开关偏置电流源，及输出级。其中，I、 Q两路差分输入信号由输入级转变
为差分电流信号，分别通过交流耦合送入开关管的源级，然后差分电流信 号与本振信号在开关管中进行混频，完成频率变换功能，得到差分输出信
号(VOUT+、 VOUT-)，由输出级送往片外，进行其它处理。
该上变频器的输入级采用了带有电阻负反馈的类似于反相器的结构， 它完成两个功能输入电压到电流的转换以及阻抗匹配。其电路图如图2所示，PMOS管M2、 M4、 M6、 M8， NMOS管Ml、 M3、 M5、 M7，反 馈电阻R1 R4及隔直电容C1 C8构成类似反相器的结构；其连接关系 为输入I、 Q两路信号BB—1+、 BB一I陽、BB一Q+、 BB—Q-分别加在M2、 M4、 M6、 M8的栅极上，M2、 M4、 M6、 M8的栅极分别与Cl 、 C3、 C5、 C7的一端相连，源级都接电源，漏级分别与M1、 M3、 M5、 M7的 漏级相连，同时也分别与R1、 R2、 R3、 R4、 C2、 C4、 C6、 C8的一端相 连，Ml、 M3、 M5、 M7的栅极分别与C1 、 C3、 C5、 C7、 Rl、 R2、 R3、 R4的另一端相连，源级都接地，C2、 C4、 C6、 C8的另一端分别接开关级 NMOS管M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源级和开关偏置电 流源M17、 M18、 M19、 M20的漏级。另外，开关级的偏置电流由单独的 电流源提供，而不由输入级提供，所以该偏置电流可以设计为较小的值， 既能减小噪声，又能提高增益，还能降低电压消耗，可应用于低电源电压 系统中。开关偏置电流源由M17、 M18、 M19、 M20构成，这四个NMOS 管的漏级分别连在开关对M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源 级，栅极均接偏置电流IB，源级均接地。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 己，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种用于多带正交频分复用超宽带收发机射频前端的双正交折叠开关上变频器，其特征在于，该双正交折叠开关上变频器由顺序连接的输入级、开关级、开关偏置电流源和输出级四部分构成。
2、 根据权利要求1所述的用于多带正交频分复用超宽带收发机射频 前端的双正交折叠开关上变频器，其特征在于，所述输入级由PMOS管 M2、 M4、 M6、 M8，画OS管Ml、 M3、 M5、 M7，反馈电阻R1 R4 和隔直电容C1 C8构成类似反相器的结构；上述PMOS管、NMOS管、 反馈电阻和隔直电容之间的连接关系为输入I、Q两路信号BB一I+、BB一I-、 BB—Q+、 BB—Q-分别加在M2、 M4、 M6、 M8的栅极上，M2、 M4、 M6、 M8的栅极分别与C1 、 C3、 C5、 C7的一端相连，源级都接电源，漏级分 别与M1、 M3、 M5、 M7的漏级相连，同时漏级也分别与R1、 R2、 R3、 R4、 C2、 C4、 C6、 C8的一端相连，Ml、 M3、 M5、 M7的栅极分别与Cl 、 C3、 C5、 C7、 Rl、 R2、 R3、 R4的另一端相连，源级都接地，C2、 C4、 C6、 C8的另一端分别接开关级NMOS管M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源级和开关偏置电流源M17、 M18、 M19、 M20的漏级。
3、 根据权利要求1所述的用于多带正交频分复用超宽带收发机射频 前端的双正交折叠开关上变频器，其特征在于，所述开关级由NMOS管 开关对M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16构成，上述NMOS管 开关对之间的连接关系为M9、 Mll、 M13、 M15的源级分别与MIO、 M12、 M14、 M16的源级连在一起，M9、 Mll、 M13、 M15的源级并分别 接在开关偏置电流源M17、 M18、 M19、 M20的漏级，M9、 MIO、 M13、 M14的栅极分别与M12、 Mll、 M16、 M15的栅极相连，M9、 MIO、 M13、 M14的栅极并分别接本振信号LO—1+、 LO—1-、 LO—Q+、 LO—Q-， M9、 Mll、 M13、 M15的漏级分别与MIO、 M12、 M14、 M16的漏级连在一起， 并分别接输出VOUT+、 VOUT-。
4、 根据权利要求1所述的用于多带正交频分复用超宽带收发机射频 前端的双正交折叠开关上变频器，其特征在于，所述开关偏置电流源由 NMOS管M17、 M18、 M19、 M20构成，该四个NMOS管M17、 M18、M19、M20的漏级分别连在开关对M9/M10、M11/M12、M13/M14、M15/M16 的源级，栅极均接偏置电流IB，源级均接地。
全文摘要
本发明公开了一种用于多带正交频分复用超宽带收发机射频前端的双正交折叠开关上变频器，该双正交折叠开关上变频器由顺序连接的输入级、开关级、开关偏置电流源和输出级四部分构成。其中输入级由M1至M8、R1至R4及C1至C8构成，将输入电压信号转变为电流信号，通过电容耦合到开关级，并实现宽带阻抗匹配；开关级由M9至M16构成，对电流信号进行周期性换向，完成频率变换功能；开关偏置电流源由M17至M20构成，为开关级提供偏置电流。该双正交折叠开关上变频器中开关级的偏置电流由电流源单独提供，而不是由跨导级决定，既能降低噪声，提供高增益，还利于进行输入宽带匹配。同时由于采用了折叠结构，对电源电压的要求降低，可用于低电源电压设计中。
文档编号H03D7/14GK101621277SQ20081011604
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者张海英, 雷牡敏 申请人:中国科学院微电子研究所