一种满摆幅高速正交二分频电路的制作方法

本发明属于正交二分频器技术领域，特别涉及一种满摆幅高速正交二分频电路。

背景技术：

在射频收发系统中，锁相环负责为混频器提供稳定的本振信号，是收发链路中的核心模块，为了保证压控振荡器受功率放大器的频率牵引影响最小，通常压控振荡器工作在二倍频率附近，通过二分频电路产生最终的本振信号，而由于二分频电路工作在较高频率处，其功耗在锁相环甚至整个收发链路中都占据了可观的份额。因此为了实现整体收发电路的低功耗，对正交二分频电路的功耗优化设计十分关键。

从结构上看，在电源电压较低时，由于晶体管的阈值电压不能随工艺等比例降低，因此可以纵向堆叠的晶体管数目较少，要求电路结构尽可能简单；同时由于工作在较高频率处，在一定功耗限制条件下，分频器的输出电压充放电速度受限，输出电压摆幅无法达到电源电压，需要额外的电路将分频后的波形整形后才有足够的驱动能力驱动后级电路，而添加额外的电路会增加功耗，因此不利于低电压低功耗设计。

技术实现要素：

本发明的目的是针对背景技术中存在的不足提供一种满摆幅高速正交二分频电路，在实现正交二分频功能的基础上提供足够的摆幅驱动后级电路，而不需要额外的波形整形电路，同时对环境因素的影响不敏感。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种满摆幅高速正交二分频电路，包括差分输入对、nmos交叉耦合对、pmos交叉耦合对，其中，nmos交叉耦合对和pmos交叉耦合对作为差分输入对的负载，pmos交叉耦合对的栅极与漏极之间插入电阻；正交二分频电路由两个完全相同的单元组成，包含第一单元和第二单元，所述第一单元和第二单元均包含差分输入对和nmos/pmos交叉耦合对负载，且第一单元和第二单元通过交叉耦合连接。

作为本发明一种满摆幅高速正交二分频电路的进一步优选方案，所述差分输入对包括第一nmos管和第二nmos管，其中第一nmos管和第二nmos管的源级相连，第一nmos管和第二nmos管的栅极分别与第一单元或第二单元的输出端相连。

作为本发明一种满摆幅高速正交二分频电路的进一步优选方案，所述nmos交叉耦合对包括第七nmos和第八nmos管，其中，第七nmos和第八nmos管的源级相连并接地，第七nmos管的栅极与第八nmos管的漏极相连，第七nmos管的漏极与第八nmos管的栅极相连，第七nmos和第八nmos管的栅极分别与第一单元或第二单元的输出端连接。

作为本发明一种满摆幅高速正交二分频电路的进一步优选方案，所述pmos交叉耦合对包括第一pmos管、第二pmos管、第一电阻、第二电阻，其中，第一pmos管、第二pmos管的源级相连并连接电源电压，第一pmos管的栅极与第二电阻的一端相连，第一pmos管的漏极与第一电阻的一端相连，第二pmos管的栅极与第一电阻的另一端相连，第二pmos管的漏极与第二电阻的另一端相连。

作为本发明一种满摆幅高速正交二分频电路的进一步优选方案，第一单元和第二单元中qp、qn、ip、in分别为正交二分频的输出端，第五nmos管、第六nmos管为尾电流源，第五nmos管的漏极接第一nmos管、第二nmos管的源级，第五nmos管的源级接地，第五nmos管的栅极接差分输入信号的一端，第六nmos管的漏极接第三nmos管、第四nmos管的源级，第六nmos管的源级接地，第六nmos管的栅极接差分输入信号的另一端。

采用上述方案后，本发明相对于现有技术具有如下优点：

(1)本发明加入nmos交叉耦合对，保证在高频输入信号下，输出信号最低点仍可以达到低电位，使输出电压摆幅达到电源电压，可以直接驱动后级电路；

(2)本发明由于分频器有足够的驱动能力，因此无需波形整形电路，节省功耗；

(3)本发明由于能够使节点电压翻转速度加快，因此整个分频器可以工作在更高频率下。

附图说明

图1是本发明的电路图；

图2是使用本发明和未使用本发明的正交二分频输出电压图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种满摆幅高速正交二分频电路，该电路包括差分输入对、nmos交叉耦合对、pmos交叉耦合对，其中，nmos交叉耦合对和pmos交叉耦合对作为差分输入对的负载，为电路提供负阻，pmos交叉耦合对的栅极与漏极之间插入电阻。正交二分频电路由两个完全相同的单元组成，两个单元通过交叉耦合连接，图1中所有连线交叉处均有连接点。

所述差分输入对包括第一nmos管和第二nmos管，其中第一nmos管和第二nmos管的源级相连并与尾电流源的漏极相连，第一nmos管和第二nmos管的栅极分别与第二个单元的输出相连，第一nmos和第二nmos管的漏极分别与pmos交叉耦合对的栅极相连。

所述nmos交叉耦合对包括第七nmos和第八nmos管，其中，第七nmos和第八nmos管的源级相连并接地，第七nmos管的栅极与第八nmos管的漏极相连，第七nmos管的漏极与第八nmos管的栅极相连，第七nmos和第八nmos管的栅极分别与第一个单元的输出连接。

所述pmos交叉耦合对包括第一pmos管、第二pmos管、第一电阻、第二电阻，其中，第一pmos管、第二pmos管的源级相连并连接电源电压，第一pmos管的栅极与第二电阻的一端相连，第一pmos管的漏极与第一电阻的一端相连，第二pmos管的栅极与第一电阻的另一端相连，第二pmos管的漏极与第二电阻的另一端相连。

上述两个单元中qp、qn、ip、in分别为正交二分频的输出端，第五nmos管、第六nmos管为尾电流源，第五nmos管的漏极接第一nmos管、第二nmos管的源级，第五nmos管的源级接地，第五nmos管的栅极接差分输入信号的一端，第六nmos管的漏极接第三nmos管、第四nmos管的源级，第六nmos管的源级接地，第六nmos管的栅极接差分输入信号的另一端。

所述的nmos交叉耦合对包括：mn7、mn8、mn9、mn10，其中mn7、mn8、mn9、mn10的源级均接地，mn7的栅极与mn8的漏极相连，mn7的漏极与nm8的栅极相连，mn7与mn8的栅极分别与第一个单元的输出相连，mn9的栅极与mn10的漏极相连，mn9的漏极与mn10的栅极相连，mn9的栅极与mn10的栅极分别与第二个单元的输出相连。

如图2所示，曲线a是添加nmos交叉耦合对的正交二分频输出信号图，曲线b为未添加nmos交叉耦合对的正交二分频电路的输出信号图。

从图中可以看出，添加nmos交叉耦合对之后，输出信号的最低值比未添加nmos交叉耦合对的最低值小110mv，增强了正交二分频电路的带负载能力。

由上述可知，本实施的创新之处主要体现在nmos交叉耦合对的设计上。传统的正交二分频电路没有nmos交叉耦合对，由pmos交叉耦合对与nmos差分对分别对节点电容充放电，由于pmos的驱动能力较弱，达到与nmos同样的驱动能力需要使pmos的尺寸是nmos的2倍以上，因此增加了各节点的寄生电容，当节点电容放电时，寄生电容上的电荷也需要释放，因此输出电平无法达到最低值时即开始继续充电，最终输出波形最低值大于地电位，需要后级整形电路才能输出满摆幅信号。本发明中通过在输出并联nmos交叉耦合对，由于尺寸较小，引入的寄生电容影响可忽略，通过加入nmos交叉耦合对，相当于增加了一条节点电容放电的通路，因此可以使节点电容上的电荷快速释放，输出信号最低值达到低电位，由于输出信号可以达到满摆幅，因此大大提高了正交二分频。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。