专利名称：推挽式混频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于移动终端射频集成电路上的混频器，特别是涉及一种推 挽式混频器。
背景技术：
目前，在集成电路上实现的射频信号调制解调普遍采用双平衡混频器。图1为 现有技术典型双平衡混频器的电路结构图。如图1所示，该混频器是双平衡结构(又称 Gilbert混频器)，一对差分电压信号(正电压信号bb+和负电压信号bb_)分别施加在具 有固定偏置的M0S管M21和M0S管M22的栅极上，将基带差分电压信号转换成差分电流信 号；M0S管Ml、M0S管M2、M0S管M3和M0S管M4是两对开关，其栅极分别施加一对载波差 分信号(正载波信号L0+和负载波信号L0-)，由正载波信号L0+和负载波信号L0-来驱动 两对M0S管交替开关，达到混频的目的。其中，电阻R11和电阻R12是负载电阻，电容C1和 电容C2是下一级输入电容，在这里当作本级的输出负载电容。有关Gilbert混频器的工 作原理可参见 B. Gilbert,"A Precise Four-Quadrant Multiplier With Sub-nanosecond Response，，，IEEEJournal of Sol id-State Circuits, vol. SC-3, pp. 365-373, Dec. 1968。图2为现有技术典型双平衡混频器中M0S管和外接负载的等效电路图。如图3所 示，输出电阻Ro是M0S管的电阻，负载电阻RL相当于图1中的电阻R11和电阻R12，负载电 容Cgs相当于图1中的电容C1和电容C2，因此输出负载电阻R_load等价于输出电阻Ro、 负载电阻RL以及负载电容Cgs的并联。由于输出电阻Ro下端没接地电位GND所引起的误 差可以忽略，因此输出负载电阻R_load的这种等价在精度上是允许的。当工作频率很高时，负载电容Cgs的作用不可忽略，输出负载电阻R_load将偏容 性，而容性负载电阻将导致图1所示结构混频器的转换增益降低。现有技术提出了一种保 持增益的技术方案，将负载电阻(电阻R11和电阻R12)换成电感，让电感和负载电容(电 容C1和电容C2)并联谐振到输出频率上，使输出频率的增益不降低。由于采用电感元件， 电感元件占用面积比较大，因此该解决方案会导致集成电路面积增加。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种推挽式混频器，在保持高增益的前提 下，具有占用面积小等优点。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种推挽式混频器，包括产生一对差分 电流信号的电压_电流变换模块、产生一对载波差分信号的载波差分信号模块以及调制所 述差分电流信号和载波差分信号并输出混频信号的混频模块，其特征在于所述混频模块 包括按互补方式上下对接的第一混频单元和第二混频单元，所述第一混频单元和第二混频 单元为典型双平衡混频器的有源部分。进一步地，所述第一混频单元包括四个PM0S管，其中，第一 M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入正电流信号，其漏极 与正输出端连接；第二 M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波 信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入正电流信号，其漏极 与负输出端连接；第三M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波 信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入负电流信号，其漏极 与正输出端连接；和第四M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波 信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入负电流信号，其漏极 与负输出端连接。进一步地，第二混频单元包括四个匪OS管，其中，第五M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波 信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入正电流信号，其漏极 与正输出端连接；第六M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波 信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入正电流信号，其漏极 与负输出端连接；第七M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波 信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入负电流信号，其漏极 与正输出端连接；和第八M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波 信号，其源极与电压_电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输入负电流信号，其漏极 与负输出端连接。在上述技术方案基础上，还包括为所述混频模块提供合适工作区间的共模反馈模 块。进一步地，所述共模反馈模块包括第九M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与所述第一 M0S管和第二 M0S管的源极连接；第十M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与所述第三 M0S管和第四M0S管的源极连接； 第十一 M0S管，其栅极连接第二信号线，其源极接地，其漏极与第五M0S管和第六 M0S管的源极连接；第十二 M0S管，其栅极连接第二信号线，其源极接地，其漏极与第七M0S管和第八 M0S管的源极连接；第十三M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与其栅极连 接；第十四M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与其栅极连 接；[0025]第十五M0S管，其栅极连接参考电压，其源极连接第一信号线，其漏极连接第二信 号线，且通过串接的第七电阻接地；第十六M0S管，其栅极连接电压输入节点，其源极连接第一信号线，其漏极通过串 接的第八电阻接地；第十七M0S管，其栅极与第十六M0S管的漏极连接，其源极接地，其漏极连接第一 信号线；第一电阻和第二电阻，串接在第九M0S管M9的漏极与第十M0S管M10的漏极之 间；第三电阻和第四电阻，串接在第i^一 M0S管Mil的漏极与第十二 M0S管M12的漏 极之间；第五电阻，连接在电压输入节点与第一电阻和第二电阻相连处之间；第六电阻，连接在电压输入节点与第三电阻与第四电阻相连处之间；电容，一端连接电压输入节点，另一端接地。本实用新型提供了一种推挽式混频器，通过将两个典型双平衡混频器的有源部分 按互补的方式上下对接，使输出体现为推挽形式，不仅能够直接驱动重负载，使混频高增益 得到保证，而且有效减小了占用面积。此外，本实用新型还提供了使混频模块具有合适工作 区间的共模反馈模块，共模反馈模块为混频模块提供了恰当的直流工作点，可以抵消制程 工艺的偏差。
图1为现有技术典型双平衡混频器的电路结构图；图2为现有技术典型双平衡混频器中M0S管和外接负载的等效电路图；图3为本实用新型推挽式混频器第一实施例的电路结构图；图4a 图4d为混频器充电放电路径示意图；图5为本实用新型推挽式混频器第二实施例的电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。图3为本实用新型推挽式混频器第一实施例的电路结构图。如图3所示，本实施例 推挽式混频器的主体结构包括电压_电流变换模块、载波差分信号模块(未示出)和混频 模块，混频模块分别与电压_电流变换模块和载波差分信号模块连接，电压_电流变换模块 用于将输入的一对差分电压信号(正电压信号bb+和负电压信号bb_)进行V-I变换，按比 例得到一对差分电流信号(正电流信号Ibb+和负电流信号Ibb_)并向混频模块输出，载波 差分信号模块产生一对载波差分信号(正载波信号L0+和负载波信号L0-)并向混频模块 输出，混频模块使一对差分电流信号与一对载波差分信号发生调制，产生并输出混频信号。 本实施例混频模块是一种将两个典型双平衡混频器的有源部分按互补的方式上下对接的 上下对称结构，以推挽方式工作，使输出体现为推挽形式。本实施例混频模块包括第一混频 单元和第二混频单元，第一混频单元和第二混频单元均为典型双平衡混频器的有源部分， 并按互补的方式上下对接，第一混频单元和第二混频单元的控制端分别输入一对载波差分信号(正载波信号L0+和负载波信号L0-)，输入端分别输入一对差分电流信号(正电流信 号Ibb+和负电流信号Ibb-)，其输出端连接在一起，按推挽方式工作。具体地，第一混频单元包括四个PM0S管第一 M0S管Ml、第二 M0S管M2、第三M0S 管M3和第四M0S管M4，第二混频单元包括四个NM0S管第五M0S管M5、第六M0S管M6、第 七M0S管M7和第八M0S管M8。其具体连接结构为第一 M0S管Ml和第五M0S管M5，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信 号模块输入正载波信号L0+，其源极与电压-电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输 入正电流信号Ibb+，其漏极与正输出端0ut+连接；第二 M0S管M2和第六M0S管M6，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信 号模块输入负载波信号L0-，其源极与电压-电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输 入正电流信号Ibb+，其漏极与负输出端Out-连接；第三M0S管M3和第七M0S管M7，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信 号模块输入负载波信号L0-，其源极与电压-电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输 入负电流信号Ibb-，其漏极与正输出端0ut+连接；第四M0S管M4和第八M0S管M8，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信 号模块输入正载波信号L0+，其源极与电压-电流变换模块连接，由电压_电流变换模块输 入负电流信号Ibb-，其漏极与负输出端Out-连接。由上面说明可知，第一 M0S管Ml、第四M0S管M4、第五M0S管M5和第八M0S管M8 的栅极连接在一起，由载波差分信号模块输入正载波信号L0+ ；第二 M0S管M2、第三M0S管 M3、第六M0S管M6和第七M0S管M7的栅极连接在一起，由载波差分信号模块输入负载波信 号L0-；第一 M0S管Ml、第三M0S管M3、第五M0S管M5和第七M0S管M7的漏极连接在一起， 与正输出端0ut+连接；第二 M0S管M2、第四M0S管M4、第六M0S管M6和第八M0S管M8的 漏极连接在一起，与负输出端Out-连接；第一 M0S管Ml、第二 M0S管M2、第五M0S管M5和 第六M0S管M6的源极连接在一起，由电压-电流变换模块输入正电流信号Ibb+ ；第三M0S 管M3、第四M0S管M4、第七M0S管M7和第八M0S管M8的的源极连接在一起，由电压-电流 变换模块输入负电流信号Ibb-。PM0S管和NM0S管的输出端连接在一起，在正载波信号L0+ 和负载波信号L0-的作用下，PM0S管和NM0S管按推挽方式工作，正电流信号Ibb+和负电 流信号Ibb-与正载波信号L0+和负载波信号L0-发生调制，在正输出端0ut+和负输出端 Out-产生混频信号。经实用新型人深入研究表明，现有技术双平衡混频器在工作频率很高时转换增益 降低，是由于采用电阻当作负载的结构造成的，即现有技术对于下一级输入阻抗对本级增 益的影响考虑不足，这一点可以从电容充放电的角度来说明。图4a 图4d为混频器充电 放电路径示意图，其中图4a表示本实用新型推挽式混频器的充电路径，图4b表示本实用新 型推挽式混频器的放电路径，图4c表示现有技术双平衡混频器的充电路径，图4d表示现有 技术双平衡混频器的放电路径。当混频器后接很重的负载时，很重的负载一般电容比较大， 譬如功率放大电路，其M0S管的面积很大，其负载电容Cgs很大(如栅极电容)。要驱动这 样的电路，如果用现有技术电阻负载的双平衡混频器，如图4c和图4d所示，则造成总增益 不高。相比之下，采用本实用新型推挽式混频器，如图4a和图4b所示，由于本实用新型推 挽式混频器的无源部分采用M0S管当作负载，M0S管的电阻较小，因此本实用新型推挽式混频器的充电电流和放电电流比以电阻为负载的现有双平衡混频器的充电电流和放电电流 大，也就意味着在频率很高时，本实用新型推挽式混频器的增益比现有双平衡混频器的增 益大。显然，输出频率越高，增益增加越明显。此外，虽然现有技术可以采用设置缓冲放大 电路的方法提高增益，但由于缓冲放大电路本身会引入非线性问题，因此这种方法会造成 输出频谱变坏的缺陷。因此，本实用新型推挽式混频器的优点也体现在可以直接驱动很重 的负载，无须采用缓冲放大电路。实际应用中，本实施例技术方案中的M0S管也可以采用双 极型三极管。本实用新型提供了一种推挽式混频器，通过将两个典型双平衡混频器的有源部分 按互补的方式上下对接，使输出体现为推挽形式，不仅能够直接驱动重负载，使混频高增益 得到保证，而且有效减小了占用面积。由于本实用新型没有采用电感做负载，虽然M0S管数 量较多，但以当前集成电路制程的线宽大小来考虑，本实用新型所有M0S管的面积之和远 远小于单个螺旋电感的占用面积。图5为本实用新型推挽式混频器第二实施例的电路结构图。如图5所示，本实施 例是在前述第一实施例技术方案基础上，通过设置共模反馈模块使本实用新型混频模块具 有合适的工作区间(电压区间)。本实施例混频模块的结构与第一实施例相同，不再赘述。 本实施例共模反馈模块包括第九M0S管M9、第十M0S管M10、第i^一 M0S管Mil、第十二 M0S 管M12、第十三M0S管M13、第十四M0S管M14、第十五M0S管M15、第十六M0S管M16和第 十七M0S管M17，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电 阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，以及电容C。其中，第九M0S管M9、第十M0S管M10、第十三M0S管M13和第十四M0S管M14的栅极连 接第一信号线com-p，其源极连接工作电压VDD，第九M0S管M9的漏极与第一 M0S管Ml (第 二 M0S管M2)的源极连接，第十M0S管M10的漏极与第三M0S管M3 (第四M0S管M4)的源 极连接，第十三M0S管M13和第十四M0S管M14的漏极分别与其栅极连接。第i^一 M0S管Mil和第十二 M0S管M12的栅极连接第二信号线com-n，其源极接 地，第—^一 M0S管Mil的漏极与第五M0S管M5 (第六M0S管M6)的源极连接，第十二 M0S管 M12的漏极与第七M0S管M7 (第八M0S管M8)的源极连接。第十五M0S管M15的栅极连接参考电压Vref，其源极连接第一信号线com-p，其漏 极通过串接的第七电阻R7接地，且漏极连接第二信号线com-n。第十六M0S管M16的栅极连接电压输入节点A，其源极连接第一信号线com-p，其 漏极通过串接的第八电阻R8接地。第十七M0S管M17的栅极与第十六M0S管M16的漏极连接，其源极接地，其漏极连 接第一信号线com-p。第一电阻R1和第二电阻R2串接在第九M0S管M9的漏极与第十M0S管M10的漏 极之间。第三电阻R3和第四电阻R4串接在第i^一 M0S管Mil的漏极与第十二 M0S管M12 的漏极之间。第五电阻R5连接在第一电阻R1和第二电阻R2相连处与电压输入节点A之 间。第六电阻R6连接在第三电阻R3和第四电阻R4相连处与电压输入节点A之间。电容 C的一端连接电压输入节点A，另一端接地。通过上述说明可以看出，本实施例共模反馈模块的作用是把第五电阻R5与第六 电阻R6相连处(即电压输入节点A)的直流电压稳定到输入的参考电压Vref附近，从而间接地把第一信号线com-p和第二信号线com-n稳定到以参考电压Vref电压值为中值的对称电压处。有了这样的对称电压，本实用新型混频模块也就有了合适的工作区间。因此本 实用新型共模反馈模块为混频模块提供了恰当的直流工作点，可以抵消制程工艺的偏差， 使整个装置稳定工作。 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种推挽式混频器，包括产生一对差分电流信号的电压-电流变换模块、产生一对载波差分信号的载波差分信号模块以及调制所述差分电流信号和载波差分信号并输出混频信号的混频模块，其特征在于所述混频模块包括按互补方式上下对接的第一混频单元和第二混频单元，所述第一混频单元和第二混频单元为典型双平衡混频器的有源部分。
2.如权利要求1所述的推挽式混频器，其特征在于所述第一混频单元包括四个PM0S 管，其中，第一 M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入正电流信号，其漏极与正输 出端连接；第二 M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入正电流信号，其漏极与负输 出端连接；第三M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入负电流信号，其漏极与正输 出端连接；和第四M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入负电流信号，其漏极与负输 出端连接。
3.如权利要求1所述的推挽式混频器，其特征在于第二混频单元包括四个NM0S管， 其中，第五M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入正电流信号，其漏极与正输 出端连接；第六M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入正电流信号，其漏极与负输 出端连接；第七M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入负载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入负电流信号，其漏极与正输 出端连接；和第八M0S管，其栅极与载波差分信号模块连接，由载波差分信号模块输入正载波信号， 其源极与电压_电流变换模块连接，由电压-电流变换模块输入负电流信号，其漏极与负输 出端连接。
4.如权利要求1 3中任一所述的推挽式混频器，其特征在于还包括为所述混频模 块提供合适工作区间的共模反馈模块。
5.如权利要求4所述的推挽式混频器，其特征在于所述共模反馈模块包括第九M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与所述第一 M0S管 和第二 M0S管的源极连接；第十M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与所述第三M0S管 和第四M0S管的源极连接；第十一 M0S管，其栅极连接第二信号线，其源极接地，其漏极与第五M0S管和第六M0S 管的源极连接；第十二 M0S管，其栅极连接第二信号线，其源极接地，其漏极与第七M0S管和第八M0S 管的源极连接；第十三M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与其栅极连接； 第十四M0S管，其栅极连接第一信号线，其源极连接工作电压，其漏极与其栅极连接； 第十五M0S管，其栅极连接参考电压，其源极连接第一信号线，其漏极连接第二信号 线，且通过串接的第七电阻接地；第十六M0S管，其栅极连接电压输入节点，其源极连接第一信号线，其漏极通过串接的 第八电阻接地；第十七M0S管，其栅极与第十六M0S管的漏极连接，其源极接地，其漏极连接第一信号线.一入 ，第一电阻和第二电阻，串接在第九M0S管M9的漏极与第十M0S管M10的漏极之间； 第三电阻和第四电阻，串接在第十一 M0S管Mil的漏极与第十二 M0S管M12的漏极之间；第五电阻，连接在电压输入节点与第一电阻和第二电阻相连处之间； 第六电阻，连接在电压输入节点与第三电阻与第四电阻相连处之间； 电容，一端连接电压输入节点，另一端接地。
专利摘要本实用新型涉及一种推挽式混频器，包括产生一对差分电流信号的电压-电流变换模块、产生一对载波差分信号的载波差分信号模块以及调制差分电流信号和载波差分信号并输出混频信号的混频模块，混频模块包括按互补方式上下对接的第一混频单元和第二混频单元，第一混频单元和第二混频单元为典型双平衡混频器的有源部分。本实用新型通过将两个典型双平衡混频器的有源部分按互补的方式上下对接，使输出体现为推挽形式，不仅能够直接驱动重负载，使混频高增益得到保证，而且有效减小了占用面积。此外，本实用新型还提供了使混频模块具有合适工作区间的共模反馈模块，共模反馈模块为混频模块提供了恰当的直流工作点，可以抵消制程工艺的偏差。
文档编号H03D7/12GK201590803SQ201020002928
公开日2010年9月22日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者刘永才, 汪纪 申请人:中兴通讯股份有限公司