专利名称：二极管混频电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于把第一和第二输入信号混频的二极管混频电路。本发明还涉及接收器，在该接收器中把接收信号和拍频信号混频以便获得中频信号。
James K.Hardy所著、书名为“高频电路设计”(Preston PublishingCompany,1979,pp.317-318)的书描述了各种混频电路。这本书的
图10-6(f)示出具有双平衡结构的混频电路(双平衡混频器)。所述电路包括连接成环形电路的四个二极管。所述二极管环路通过变压器接收射频信号(RF)和振荡信号(OSC)。通过另一个变压器获得中频信号(IF)。由于所述双平衡结构，相对地说，中频信号中几乎没有残余的振荡信号。
本发明的目的是提供一种可以有各种各样应用的二极管混频电路。
本发明涉及以下各方面。在先有技术中，为了使所述混频电路具有令人满意的性能，每一个变压器应当以基本上对称的方式并且没有太多损耗地处理信号。变压器的制造需要特殊的材料和比较复杂的方法。此外，这种变压器要具有某种最小尺寸不能在不损害其性能的情况下随意地将所述变压器小型化。因此，所述变压器是比较昂贵并且其体积比较大的元件。结果，根据先有技术的混频电路不适用于低成本应用场合、例如消费电子设备领域。先有技术的混频电路也不适合于小型的应用场合，例如便携式接收器。
根据本发明，二极管混频电路包括用来产生第一、第二、第三和第四驱动信号的驱动电路。每一种驱动信号都是第一和第二输入信号的组合。所述第一和第二输入信号(LO,RF)在所述第一、第二、第三和第四驱动信号中分别具有如下的符号+/+,+/-,-/+和-/-。此外，有包括第一、第二、第三和第四二极管的一组二极管。为了分别传送所述第一、第二、第三和第四驱动信号，这些二极管耦合到输出端。第一和第四二极管相对于所述输出端具有相同的极性。第二和第三二极管相对于所述输出端也具有相同的极性，但是，是与第一和第四二极管的相反的极性。
可以在不利用变压器的情况下实现所述驱动电路。例如，可以仅仅利用晶体管、电阻和电容来实现所述驱动电路。所述一组二极管可以在没有这种变压器的介入的情况下连接到输出端。因此，与根据先有技术的混频电路不一样，根据本发明的混频电路不需要变压器。结果，根据本发明的二极管混频电路可以用于根据先有技术的混频电路由于包含变压器而不能用于其中的那些应用场合。因此，本发明使种类更多的应用成为可能的。
更具体地说，可以以集成电路的形式来实现根据本发明的二极管混频器，而对于先有技术来说，这实际上是不可能的。例如，由于成本和/或尺寸的原因，某些应用场合要求以集成电路的形式来实现混频电路。因此，本发明允许把二极管混频电路用于这种应用场合。
本发明的另一个优点如下。二极管混频电路能够实现比较优良的性能，特别是在噪声和失真方面。如上所述，本发明允许把二极管混频电路用于根据先有技术的混频电路不适合于其中的应用场合。因此，本发明使这样的应用场合受益于包含在其中的混频电路的优良性能。
本发明可以有利地用于接收器中。通常通过把输入信号与来自振荡器的信号混频来变换接收器的输入信号的频率。本发明使得即使在接收器要比较便宜和/或比较小的情况下也可以借助于二极管混频电路实现这种频率变换。如上所述，二极管混频电路能够实现低的噪声电平和低的失真电平。因此，本发明使得有可能在不太大地影响输入信号的情况下进行所述频率变换。关于频率变换的输入信号的处理通常在很大程度上影响接收器的性能。因此，本发明可以显著地有助于实现接收器的令人满意的性能水平。
将参考下文所述的实施例阐明本发明的这些和其它方面，并且从中明白本发明的这些和其它方面。
附图中图1举例说明本发明的基本特征，图2和3举例说明本发明的其它特征，以及图4显示根据本发明的混频电路的实施例。
以下的陈述涉及参考符号。在所有图中，用相同字母的参考符号表示相似的实体。在一个图中可能出现几个相似的实体。在那种情况下，在所述字母参考符号上加上数字以便区分相似的实体。为了方便起见，可以省略所述数字。这适用于本说明书和权利要求书。
图1以实线说明本发明的基本特征。二极管混频电路MIX接收待混频的第一和第二输入信号LO,RF。二极管混频电路MIX包括驱动电路DRIV和一组二极管D1-D4。
驱动电路DRIV产生第一、第二、第三和第四驱动信号DS1,DS2,DS3,DS4。每一个驱动信号是具有以下符号的第一和第二输入信号LO,RF的组合DS1:+LO+RF,DS2:+LO-RF,DS3-LO+RF,DS4:-LO-RF。
所述一组二极管包括第一、第二、第三和第四二极管D1,D2,D3和D4。为了分别传送所述第一、第二、第三和第四驱动信号DS1,DS2,DS3,DS4，这些二极管耦合到输出端O1。第一和第四二极管D1,D4相对于所述输出端具有相同的极性。第二和第三二极管D2,D3相对于所述输出端也具有相同的极性，但是，是与第一和第四二极管D1,D4的相反的极性。
二极管混频电路MIX按照下面的方式工作。输入信号LO的极性决定了二极管D1,D2,D3和D4中哪些是导通的以及哪些是不导通的。如果输入信号LO是正的，则第一和第三二极管D1,D3是导通的，而第二和第四二极管D2和D4是不导通的。在那种情况下，将在输出端O1上出现具有“+”符号的输入信号RF。另一方面，如果输入信号LO是负的，则第二和第四二极管D2,D4是导通的，而第一和第三二极管D1和D3是不导通的。在那种情况下，将在输出端O1上出现具有“-”符号的输入信号RF。因此，在输出端O1上将出现其符号与输入信号LO合拍地交替的输入信号RF。这对应于输入信号RF和输入信号LO的乘积。因此，在输出端O1上将出现两种输入信号的混合的信号。
应当说，原则上，所述两种输入信号中没有一种信号出现在二极管混频电路MIX的输出端O1。首先，不存在这样的通路，输入信号RF可以通过该通路连续地流向输出端O1总是存在周期性的符号交替。其次，所述两个导通的二极管都接收相反极性的输入信号LO，这两个二极管是第一和第三二极管D1,D3或者第二和第四二极管D2,D4。因此，输入信号LO在两个导通的二极管之间的点上衰落。结果，在输出端O1基本上不存在输入信号LO的残余。
图1用虚线表示本发明的另一个方面。二极管混频电路MIX构成接收器REC的一部分，所述接收器还包括输入电路INP、振荡器OSC和中频电路IFC。输入电路INP处理接收到的信号。振荡器OSC产生差拍信号。混频电路MIX将由输入电路INP处理的接收到的信号与由振荡器OSC产生的差拍信号混合，从而获得中频信号。此后，中频电路IFC处理所述中频信号IF。
图2显示用来有利地应用本发明的另外的特征。混频电路MIX包括另外一组二极管D5-D8。所述另外一组二极管包含第五、第六、第七和第八二极管(D5,D6,D7和D8)。为了传送第一、第二、第三和第四驱动信号(DS1,DS2,DS3,DS4)，这些二极管耦合到另一个输出端(O2)。第五、第六、第七和第八二极管(D5,D6,D7和D8)分别以相对于第一、第二、第三和第四二极管(D1,D2,D3和D4)的相反的方式耦合。
考虑关于这些另外的特征的下面各方面。为了在输出端O1一点也不留下输入信号RF和LO的残余，要满足下面的条件。在所有驱动信号DS1,DS2,DS3,DS4中，输入信号RF或者LO的那部分的幅度要完全相同。实际上，几乎不可能满足这种要求，尤其是由于构成驱动电路DRIV的元件的公差。
如果应用图2中举例说明的特征，则在输出端O1和输出端O2之间获得差分输出信号。如果由于如上所述的驱动信号DS1,DS2,DS3,DS4的不完善而在输出端O1上出现输入信号的残余，则将在输出端O2上出现基本上相同的残余。结果，在所述差分输出信号中将有较少的残余。因此，图2中举例说明的特征允许比较低的残余电平。
图2中举例说明的特征的另一个优点如下。二极管D1-D8形成驱动电路DRIV的负载阻抗。如果输入信号LO的极性是正的，则二极管D1和D3导通并且确定了产生驱动信号DS1和DS3的驱动电路DRIV的所述各输出端之间的负载阻抗。如果输入信号LO的极性是负的，则二极管D5和D7导通并且确定了所述驱动电路DRIV的所述相同的各输出端之间的负载阻抗。因此，驱动电路DRIV提供驱动信号DS1和DS3的各输出端之间的负载阻抗连续不断地由两个导通的二极管形成。这也适用于提供驱动信号DS2和DS4的各输出端之间的负载阻抗。因此，如果应用图2中所示的特征，则驱动电路DRIV连接到比较稳定的负载阻抗。另一方面，如果驱动电路DRIV连接到随着驱动信号的幅度而显著地变化的负载阻抗上，则这可能对所述混频电路的性能有害。因此，图2中所示的特征有助于实现令人满意的性能。
图3显示用来有利地应用本发明的另外的特征。驱动电路DRIV能够分别在第一和第三二极管D1、D3之间以及第二和第四二极管D2、D4之间产生偏压Vbias1,Vbias2。
已经考虑与这些附加的特征有关的以下各方面。如上所述，输入信号LO使混频电路的所述各二极管交替地导通和不导通。可以这样理解这意味着接连地存在其间二极管导通的某种时间周期以及随后的其间二极管不导通的某种时间周期。如这两种周期不同，则将在输出端O1上出现输入信号RF的残余。此外，所述混频电路的有效性与所述两种周期之间的差别成比例地减小。因此，希望其间二极管分别导通和不导通的各周期基本上相等。
如果应用图3中所示的特征，则二极管D1,D3经历输入信号LO的重叠以及偏压Vbias1的重叠。如果这种重叠的电平高于适合于二极管D1,D3的一定的阈值，则二极管D1,D3将导通，并且，如果所述电平低于这种阈值，则二极管D1,D3将不导通。偏压Vbias1确定了以下事实在输入信号LO的什么电平下到达所述阈值并且因此而发生导电性的转换。由于存在输入信号LO的电平和时间之间的固定的比例，所以，二极管D1,D3的导通和不导通周期随着偏压Vbias1而变化。同样，二极管D2,D4的导通和不导通周期随着偏压Vbias2而变化。因此，偏压Vbias1,Vbias2使得有可能使二极管D1,D2,D3和D4的导通和不导通周期均等。这样，图3中所示的特征有助于实现混频电路的令人满意的性能，尤其是在少的残余和高效率方面。
图4显示根据本发明的二极管混频电路MIX的实施例。本实施例包含图1至3中所示的、上面已经参考这些附图描述的特征。在本实施例中，输入信号RF和LO是不同的信号。驱动信号DS1-DS4中的每一个存在两种形式，分别用加上“+”和“-”符号来表示这两种形式。用它们的直流电压电平来区分所述两种形式。所述“+”形式的直流电压电乎高于所述“-”形式的直流电压电平。
驱动电路DRIV包括分别具有电流源I1,I2,I3和I4的T1a/T1b,T2a/T2b,T3a/T3b和T4a/T4b的四个差分晶体管对。此外，驱动电路DRIV包括具有二极管结构的四个晶体管TD1,TD2,TD3和TD4以及四个电阻R1,R2,R3和R4。晶体管TD和电阻R形成差分晶体管对的负载阻抗。
驱动电路DRIV按照以下的方式工作。差分对T1a/T1b和T2a/T2b接收输入信号RF并且通过集电极以电流的形式输送该信号。差分对T3a/T3b和T4a/T4b进行关于输入信号LO的同样的操作。其参考符号以“a”结束的每一个晶体管把有关的输入信号的符号从“-”变成“+”，而其参考符号以“b”结束的每一个晶体管把有关的输入信号的符号从“+”变成“-”。
具有电流形式的输入信号RF和LO易于组合。这一方面是通过差分对T1a/T1b和T2a/T2b的集电极之间的连接、另一方面是通过差分对T3a/T3b和T4a/T4b的集电极之间的连接来实现的。所述连接是这样的，使得它们产生四种组合，在这四种组合中，输入信号LO和RF分别具有如下符号+/+,+/-,-/+和-/-。这四种组合分别形成驱动信号DS1,DS2,DS3和DS4。
把具有电流形式的输入信号LO和RF的每一种组合一方面直接加到二极管D1-D8中的一个，另一方面经由以二极管的形式配置的晶体管TD加到二极管D1-D8中的一个。直接施加的所述组合形成驱动信号DS中的所述“-”形式，而经由晶体管TD施加的所述组合形成所述“+”形式。这样获得二极管D1和D3，二极管D2和D4，二极管D5和D7以及二极管D6和D8之间的偏压。所述各偏压由晶体管TD的基极-发射极结、电阻R的相应的值和电流源I提供的直流电流确定。如果最后所述的电流相等并且所有电阻R具有相同的值，则所述偏压将使所有基极-发射极结上的电压均等，所述基极-发射极结电压通常在0.6伏和0.8伏之间。
如果以集成电路的形式实现所述二极管混频电路，则所述集成电路的基片最好是电绝缘的。这种选择是与下面考虑的几个方面联系在一起的。
实际上，在二极管已经不导通之后，不能使它瞬时地导通，反之亦然。可以这样理解这意味着存在一定的转换延迟，在这延迟期间所述二极管是半导通的。当二极管半导通时，它产生比较大的噪声。这可能是对所述混频电路在噪声方面的性能的损害，尤其是当输入信号是高频信号时。如果输入信号是高频输入信号，则导电性的转换以快速的顺序的形式发生。因此，在所考虑的一部分时间内，所述二极管将是有噪声的。
如果包括二极管混频器的集成电路具有非导电的基片，则在二极管和基片之间就不存在寄生电容。另一方面，如果象大多数集成电路那样，所述基片是半导电的，则在二极管和基片之间将存在相当大的寄生电容。所述寄生电容的值越小，用于由所述二极管的导电性进行的充电的速度越快，因此，所述二极管产生噪声的周期越短。因此，非导电的基片有助于实现所述混频电路在噪声方面、尤其在高频噪声方面的令人满意的性能。
此外，二极管D最好是肖特基型的。这种类型的二极管可以以比较短的时间周期改变导电性。因此，如果所述混频电路中的二极管是肖特基型的，则这些二极管的噪声周期将是比较短的。因此，根据在本发明的混频电路中使用肖特基二极管也有助于实现噪声方面、尤其是高频噪声方面的优良的性能。
以上附图以及对它们的描述是说明本发明的而不是对本发明的限制。显然，存在许多可供选择的方案，它们都在所附的权利要求书的范围内。就本发明表示几点明确的意见。
可以按照许多不同的方式配置所述实体或者功能。在这方面应当指出，所述附图是高度地概括的，每一个图仅仅表示本发明的一个实施例。例如，关于图1，完全可以认为它具有包括二极管混频电路MIX和振荡器OSC的单一的集成电路。所述输入电路INP也被或者完全地或者部分地包含在这种集成电路中。以上所述也适用于中频电路IFC。
虽然图1举例说明了根据本发明的二极管混频电路MIX在接收器中的应用，但是，这不排除在其它实体中的应用。例如，根据本发明的二极管混频电路也可以用于把两种数字信号混合的数字处理器。
虽然图4举例说明了基于差分晶体管对而形成的驱动电路DRIV，但是，这不排除其它实施例。例如，所述驱动电路也可以基于运算放大器或者基于各单独的晶体管来实现。
虽然图4举例说明用二极管配置的晶体管TD可以用于产生偏压，但是，这不排除把其它元件用于此目的。例如，电阻也可以用于产生偏压。
最后，不要把任何权利要求中括号之间的参考符号看成是限制性的。
权利要求
1．一种用于把第一和第二输入信号(LO,RF)混频的二极管混频电路，其特征在于二极管混频电路包括用来产生第一、第二、第三和第四驱动信号(DS1,DS2,DS3,DS4)的驱动电路(DRIV)，每一种驱动信号都是所述第一和所述第二输入信号(LO,RF)的组合。所述第一和所述第二输入信号(LO,RF)在所述第一、第二、第三和第四驱动信号中分别具有如下的符号+/+(DS1:+LO+RF),+/-(DS2:+LO-RF),-/+(DS3:-LO+RF)和-/-(DS4:-LO-RF)；包括第一、第二、第三和第四二极管(D1,D2,D3,D4)的一组二极管(D1-D4)，为了分别传送所述第一、第二、第三和第四驱动信号(DS1,DS2,DS3,DS4)，这些二极管耦合到输出端，第一和第四二极管(D1,D4)相对于所述输出端(O1)具有相同的极性，而第二和第三二极管(D2,D3)相对于所述输出端(O1)也具有相同的极性，但是，是与所述第一和第四二极管(D1,D4)的相反的极性。
2．权利要求1的二极管混频电路，其特征在于所述混频电路包括另外一组二极管(D5-D8)，所述另外一组二极管包含第五、第六、第七和第八二极管(D5,D6,D7,D8),为了传送第一、第二、第三和第四驱动信号(DS1,DS2,DS3,DS4)，这些二极管耦合到另一个输出端(O2)，所述第五、第六、第七和第八二极管(D5,D6,D7,D8)分别以相对于第一、第二、第三和第四二极管(D1,D2,D3,D4)的相反的方式耦合。
3．权利要求1的二极管混频电路，其特征在于所述驱动电路(DRIV)包括用来分别在所述第一和第三二极管(D1,D3)之间以及所述第二和第四二极管(D2,D4)之间产生偏压(Vbias1,Vbias2)的装置(TD1-TD4)。
4．一种接收器包括用来处理接收到的信号的输入电路(INP),用来产生差拍信号的振荡器(OSC)，权利要求1中的混频电路(MIX)，它是这样耦合的、以便将由所述输入电路(INP)处理的接收到的信号与由所述振荡器(OSC)产生的差拍信号混合，从而获得中频信号(IF)，以及用来处理所述中频信号(IF)的中频电路(IFC)。
全文摘要
二极管混频电路中驱动电路DRIV产生第一,第二,第三和第四驱动信号DS1,DS2,DS3,DS4。每一种驱动信号是第一和第二输入信号LO,RF的组合,具有如下的符号:DS1:+LO+RF,DS2:+LO－RF,DS3:－LO+RF,DS4:－LO+RF。第一、第二、第三和第四二极管D1,D2,D3,D4分别传送第一、第二、第三和第四驱动信号到输出端O1。第一和第四二极管相对于输出端有相同的极性,而第二和第三二极管相对于输出端也有相同的极性,但是是与第一和第四二极管的相反的极性。
文档编号H03B19/16GK1224948SQ98123239
公开日1999年8月4日 申请日期1998年12月15日 优先权日1998年12月15日
发明者E·F·斯提沃特, P·G·M·鲍尔特斯, A·M·H·汤姆彼尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司