一种低压低功耗有源混频器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及了射频前端中的混频器，尤其是低压低功耗的有源混频器，采用 CMOS工艺，在低压数模混合电路中具有较大的优势，并且结构简单，与传统混频器相比，在 低电压工作时具有较低的功耗，属于集成电路设计领域。
【背景技术】
[0002] 随着CMOS集成电路工艺技术的进步，MOS管的尺寸越来越小，工作频率也越来越 高，CMOS工艺已经能够制造几个GHz甚至十几GHz的射频电路。另一方面，CMOS工艺特别 适合制造低功耗的数字电路，因此，射频电路和数字电路往往集成在单片芯片中，形成SOC (system on chip)的设计方案。随着MOS管尺寸的减小，其耐压能力也越来越低，另一方面， 从降低功耗的角度来讲，低电压工作也是未来芯片设计的趋势，最新的45nm工艺的电源电 压已经降低到1.2V甚至更低。
[0003] 对数字电路来讲，较低的电源电压可以降低摆幅、提高速度并降低功耗，但是对于 射频和模拟电路来讲，较低的电源电压并没有明显的优势，反而导致了电压摆幅的降低、动 态范围的降低、工作状态的改变等一系列问题。混频器作为射频前端的重要模块，承担着射 频信号和中频信号之间相互转换的任务，其性能也受到了电压降低的影响。
[0004] 传统的有源混频器(单平衡结构）如图1所示，如上所述，随着电源电压VDD的降 低，图1中作为负载电阻的Rl和R2会消耗一定的静态电流，从而产生一定的静态压降，这 样作为开关管的Nl和N2以及作为射频信号输入管的NO的工作电压就会被压缩。如果电 源电压很低，那么上述三个管子很容易由于电压裕度不够而偏离正常工作状态。
[0005] 图1还有一个缺点就是，根据混频器的传输函数公式：
[0007] 想要提高射频信号到中频信号的增益，要么增大电阻R1，要么提高NO管的gmO,前 者会进一步压缩工作电压，后者会明显的增加功耗，都会给设计带来难度。
[0009] 该表达式必须在本振信号Vlop和Vlon为理想的大摆幅方波的情况下才成立，也 就是说，Nl和N2必须工作在开关状态，否则增益会明显的降低，甚至工作不正常。但是，随 着射频频率的提高，各种寄生电容的存在会严重改变本信号的波形，使得方波很难存在，而 倾向于被低通滤波近似成为正弦波；另外大摆幅信号意味着较大的功耗，对于降低功耗不 利。
【发明内容】
[0010] 本实用新型针对传统有源混频器技术的不足，提出了一种低压低功耗的有源混频 器，可以工作在较低的电源电压下，对本振信号幅度要求不高，并且能够获得较高的增益。 具体技术方案如下：
[0011] -种低压低功耗有源混频器。包括RF输入信号（Vrf )的交流耦合电容C0,直流偏 置电阻R0,射频输入管NI及其直流偏置管NO。其特征是所述射频输入管NI的栅极和所述 直流偏置管NO的栅极通过直流偏置电阻RO相连，并且所述NO管的栅极和其自身的漏极相 连；所述射频输入管Nl的漏极与负载管N2和负载管N3的源极相连，所述负载管N2的漏 极与负载管P2的漏极相连，所述负载管N3的漏极与负载管P3的漏极相连。中频输出信号 Vifn从所述负载管N2和所述负载管P2相连的节点引出，中频输出信号Vifp从所述负载管 N3和所述负载管P3相连的节点引出。
[0012] 所述的一种低压低功耗有源混频器，其特征是所述负载管N2和所述负载管P2的 栅极分别通过电容C2和C3与正本振信号Vlop相连；所述负载管N3和所述负载管P3的栅 极分别通过电容C4和C5与负本振信号Vlon相连。
[0013] 所述的一种低压低功耗有源混频器，其特征是所述负载管P2和负载管P3的栅极 的直流电压都是由直流偏置管PO提供的，所述PO管的栅极和漏极相连，并通过偏置电流源 12提供工作电流，所述直流偏置电压通过电阻R3和R5分别接到负载管P2和负载管P3的 栅极。所述负载管N2和N3的栅极的直流电压由所述NO管上串联的一个电阻Rl来提供， 所述电阻Rl的上端电压作为直流偏置电压，比所述NO管的栅电压略高，这个电压通过电阻 R2和R4连接到所述N2和N3管的栅极。
[0014] 本实用新型的优点及显著效果：
[0015] 1、采用工作在线性区的PMOS管代替传统混频器中的电阻，不消耗静态电压，适合 在低电压下工作。
[0016] 2、采用工作在线性区的NMOS管来代替传统混频器中的开关，可以明显降低对本 振信号的幅度和波形的要求，从而降低本振电路的功耗。
[0017] 3、所采用的MOS负载电阻是可变电阻，在很低的功耗下，可以得到较大的电压摆 幅。
【附图说明】
[0018] 图1为传统的单平衡有源混频器的结构原理图。
[0019] 图2为本实用新型低压低功耗有源混频器的结构原理图。
[0020] 图3为本实用新型低压低功耗有源混频器的简化模型图。
[0021] 图4为本实用新型低压低功耗有源混频器的另一种实施的结构原理图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0023] 本实用新型的低压低功耗混频器的结构原理图如图2所示，与图1所示的传统单 平衡有源混频器相比，有相似之处，也有不同之处。
[0024] 相似之处在于，射频信号Vrf?都是通过交流耦合连接到一个NMOS管的栅极，通过 该NMOS管的跨导gm将射频电压信号转换为射频电流信号；还有一点相似之处在于，所述射 频电流信号都连接到两个NMOS管上（图1的Nl、N2和图2的N2、N3)，并且这两个NMOS管 的栅极都分别连接到正负本振信号Vlop和Vlon之上。
[0025] 但是，所述两个NMOS管在本实用新型中的作用和传统单平衡混频器中的作用完 全不同，在传统单平衡混频器（图1)中，Nl和N2是作为开关管工作的，其栅极所连接的本 振信号Vlop和Vlon必须是摆幅较大的方波信号，使得射频电流信号周期性的分别流过NI 或者N2。而在本实用新型（图2 )中，N2和N3不是作为开关工作的，其栅端的直流电压通过