一种多频段可重构方法及混频器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到一种电子元器件及其工作方法，具体涉及一种应用于多模多频段无 线通信系统中的通过开关选频可调谐网络使混频器可工作在多个频段的方法及其多频段 可重构混频器，该方法及多频段可重构混频器利用可调负载电阻，从而根据需要平衡可变 增益与噪声系数，同时也可优化增益平坦度，在实现多频段工作的同时，本发明的多频段可 重构混频器也具有良好的噪声系数、增益、输入输出匹配等技术指标，属无线通信系统技术 领域。
[0002]
【背景技术】： 目前，移动通信的发展中出现了多种多样的通信标准，比如第三代（3G)蜂窝移动通信 系统、蓝牙（Bluetooth)和无线局域网（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)等无线通 信系统都在各自应用领域发挥着至关重要的作用。移动通信发展的一个重要趋势是单个通 信终端可以兼容多种通信标准，并且也已经有相关的无线通信系统的典型案例。兼容多个 通信标准如GSM(GlobalSystemforMobileCommunications).UMTS(UniversalMobile TelecommunicationsSystem)、蓝牙（Bluetooth)或无线局域网（WLAN)等的通信终端，既可 以用作移动通信终端，又可收发其他无线通信信号。兼容多种通信标准的通信系统具有多 频多通道与可重构特性。从而，多频可重构器件的设计成为移动通信技术发展中一个极为 关键的问题。
[0003] 目前移动终端收发器中应用最为广泛研究也最为深入的是基于Gilbert单元的 双平衡混频器，该电路结构来自于BarrieGilbert提出的高精度乘法器。经过良好设计的 Gilbert混频器具有较好的隔离度和噪声抑制性能，因此该结构的混频器有很多改进的版 本，用于特别优化其中的某项性能。现有的优化版本中主要分为如下3种拓扑结构： 1.有源负载以及电流注入结构。该结构可以有效的提升变频增益与线性度。
[0004] 2.折叠式结构。该结构减少晶体管堆叠，减小工作电压。
[0005] 3.源极负反馈结构。该结构牺牲增益而增加线性度。
[0006] 其中，有源负载技术采用工作于线性区的晶体管来代替无源电阻；电流注入技术 将大部分跨导级电流用额外电流源分担，而不再经过开关管。这两种技术均可以在维持跨 导级gm值不变的前提下，增加负载阻值，从而提高转换增益。但是有源负载与电流注入技 术均会引入新的噪声增加整体的噪声系数，并且还会一定程度上造成混频器线性度恶化。
[0007] 折叠式结构可以有效的减少晶体管堆叠，使低电压工作成为可能。另外折叠结构 也使开关级和负载部分不受跨导级电流影响，改善了开关管的工作性能，并且可以最大范 围内提高阻抗从而提高增益。但是折叠式结构消耗电流几乎是传统结构的两倍，功耗增加。
[0008] 负反馈技术通过在跨导级源极加入电阻或者电感负反馈使减小gm与频率的相关 性，增加线性度。但是这种技术减小了射频输入级的跨导，混频器增益降低。
[0009] 而多频段下工作的混频器其设计难度更大，如何使混频器能够在多个不同频段上 可重构工作并且达到性能最优化，将是一个巨大的挑战。现有的解决办法中，主要为设计宽 带的混频器来覆盖所有的工作频段。但是实际电路设计中，宽带混频器是以牺牲其他性能 为代价，比如线性度、噪声系数，来达到足够的工作带宽从而覆盖多个工作频段的。并且在 不同工作频段之间宽带混频器性能指标相差较大，对可重构系统的其他器件设计带来了巨 大的困难。
[0010] 为了解决这一问题，人们提出了带宽扩展与增益平坦技术。该技术一定程度内使 增益在工作带宽内更为平坦，但是变频增益被进一步降低。另外因为额外增加了 2个电感 元件，引入了额外的噪声，噪声系数恶化。并且电路复杂度增加，成本增加，尤其是现有的多 频段混频器在重构后，调节范围很小，尤其是可变增益与噪声系数平衡不是很好的问题得 不到很好解决，因此仍有待进一步加以改进。
[0011] 通过检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专 利和论文主要有以下几个： 1、专利号为CN200810301135,名称为"高线性多频段双增益模式下变频混频器"的发 明专利，该专利公开了一种变频混频器由带合适的片外匹配电路的可旁路低噪声放大器， 带射极跟随缓冲器的吉尔伯特混频器通过交流耦合连接构成。电路的偏置采用另外的带 隙基准电流及电压模块来提供。可旁路的低噪声放大器采用场效应管为输入级，电阻做负 载，并应用较大的偏置电流以获得高线性和平稳的增益及合适的噪声系数。当该电路被开 关切换到旁路模式时，其相当于一个无源网络，不再对信号有放大作用但具备更高的线性 度。变频功能取决于吉尔伯特混频器，其输入级采用场效应管，并加入源极负反馈，开关部 分采用双极性管，以保证高线性和较低的噪声。其负载采用电阻并电容，保证频率变化时 仍有恒定的增益，并过滤不需要的高频信号。中频部分的射极跟随缓冲器可以降低输出阻 抗，并使电路在同后面模块相连时性能不受影响。
[0012] 2、专利号为CN200480015037,名称为"多频段混频器"的发明专利，该专利公开了 一种用于频率转换的设备，包括正好一个多频段混频器，该多频段混频器具有一种用于将 施加到所述多频段混频器信号的信号输入处的信号从所述信号的源频段一次变换到多个 目标子频段中的一个的装置，并且在所述多频段混频器的信号输出处产生变换的信号，其 中所述多个目标子频段定义了至少第一目标频段和第二目标频段，并且该设备还包括一组 可切换可变增益放大器（VGA)，用于放大所述变换的信号，其中对于每个所述目标频段，提 供一个适配到所述目标频段中的并且连接到所述多频段混频器的信号输出的可切换VGA。
[0013] 3、专利号为CN201210544211，名称为"一种可重构无源混频器"的发明专利，该专 利公开了一种可重构无源混频器，包括跨导级、双平衡开关级以及跨阻级，跨导级将输入射 频信号转化成射频电流，射频电流经过双平衡开关级实现电流下变频，下变频之后的电流 通过跨阻级转换为中频电压输出。其中跨导级的跨导值由一位控制字（VC)控制，跨阻级的 跨阻值由另一位控制字（VC1)控制。无源混频器通过这2位控制字（VC、VC1)配置其4种 增益模式，其他性能如噪声系数、线性度和功耗也得到相应配置。
[0014] 4、专利号为CN201010022737，名称为"双频段可重构混频器集成电路芯片"的 发明专利，该专利公开了一种可重构混频器集成电路芯片，特别是应用于高级国际移动 通信(AdvancedInternationalMobileCommunications,IMT-Advanced)和超宽带 (Ultra-WideBand，UWB)通信两种系统的一种双频段可重构混频器集成电路芯片，采用可 调电容与电阻网络结构来实现两频段间的可重构，与目前报道的其他混频器结构相比，所 述电路加入开关选频调谐网络，通过调节外加的控制电压，使电路在两种工作模式间切换。 同时，通过调节所述电路中的元件参数，使电路在两频段同时达到性能最优化。
[0015] 上述这些专利和论文虽然都涉及到多频段可重构混频器，也提出了一些技术性的 改进，但是都没提出如何针对多频段可重构混频器可调范围小，可变增益与噪声系数平衡 不好进行改进；因此在实现多频段工作的同时，多频段可重构混频器的噪声系数、增益、输 入输出匹配等技术指标仍不理想，所以仍有待进一步加以改进。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的在于针对现有多频段可重构混频方法及混频器所存在的不足，提出 一种新的多频段可重构混频方法及混频器，实现在多个带宽不同的频段内切换。该多频段 可重构混频方法及混频器与原有多频段的宽带混频器相比较，在综合考虑线性度，可变增 益平坦度，复杂度以及功耗等方面都有较大改善的提高，能使混频器线性度，增益噪声系数 等指标在两个频段内同时达到最优。
[0017] 为了达到这一目的，本发明提供了一种多频段可重构混频方法，根据混频器在接 收机中的位置，混频器最主要的性能指标为线性度，同时需要一定的变频增益与较好的噪 声系数减少前级低噪声放大器的压力，以及可重构工作于多个不同频段时，对其频带内和 频带间的增益平坦度也有相应的要求的原则；在折叠式混频器的基础上，加入开关选频可 调谐网络，通过调节外加的控制电压以及调节可变元件，使电路工作在多频段同时达到性 能最优化。
[0018] 进一步地，所述的加入开关选频可调谐网络是在混频器中加入可调电容网络，通 过将可调电容从混频器电路中接入或断开，使电路在多种频段间切换，同时通过调节可调 元件，特别是在负载电感上并入了可调电容器件，通过调节电容进而调节其谐振频率，实现 在频段内性能的微调。
[0019]进一步地，所述的可调电容网络是包括电感和Z月电容可变电容 %、％、％、％、R廣K以及