Rl电阻偏置到一个合理的电位，使其工作在线性电阻区，而本振信号Vlop和Vlon通过交流 耦合在较高的频率改变其栅端电压，使其成为压控电阻。
[0026] 本实用新型和传统单平衡有源混频器的一个明显的不同之处是，传统混频器的两 个开关管上连接了两个对电源的电阻Rl和R2,作为射频电流的负载，将射频电流转换为中 频的电压，而本实用新型中，与所述两个电阻对应的位置更换为两个PMOS管P2和P3,并且 这两个PMOS管通过交流耦合连接到了本振信号之上，其直流电压通过PO管产生，这使得P2 和P3与N2和N3相似，也工作在电阻区，并且成为压控电阻。
[0027] 根据以上说明，本实用新型的简化模型如图3所示，射频电压Vrf转换为射频电流 gm*Vrf，这个射频电流向上看去是由压控电阻Rn2, Rp2和Rn3, Rp3组成的两个支路，前者受 电压Vlop控制，后者受电压Vlon控制。
[0028] 根据电流分配原理，我们可以得到流向两个支路的电流分别为：
[0033] 从数学表达式上，混频器的输出应该是射频信号和本振信号的乘积，而式（4)中只 有射频信号Vrf，没有本振信号，而事实上，四个电阻Rn2、Rn3、Rp2、Rp3都是本振信号Vlop 和Vlon的函数，因此如果设计合适是完全可以满足混频器的数学表达式的。
[0036] 如前所述，本实用新型的本振信号对幅度要求不高，那么为了简化分析，我们把本 振信号作为小信号进行分析，由于Vlop和Vlon相位差为180度，在小信号分析时，用dv代 替Vlop，那么就可以用-dv来代替Vlon。另外，按照小信号分析的一般规则，我们把小信 号叠加在共模电压之上，而如前所述，共模电压又是固定的，因此我们可以把公式（5)中的 Vgs-Vth用Vc+dv，其中Vc是固定常数，我们不关心它的具体取值，只要知道它是与共模电 压相关的常数就可以了。
[0037] 那么四个电阻的表达式就可以列出如下
[0041] 式（7)中分子即是射频信号与本振信号的乘积，正是混频器最原始的数学表达式， 如果本振信号足够小，其二次方项是可以忽略的，分母就变为一个常数项，那么表达式（7) 就变为一个混频器的标准数学表达式。
[0042] 当然，一般情况下本振信号并不是小信号，那么式（7)应该使用泰勒展开展开为幂 级数，如下：
[0044] 式（8)中存在本振信号的2次、4次方等偶次方项，将在混频之后的信号中引入本 振的2次谐波，4次谐波等偶次谐波与射频信号的混频分量，这与传统混频器的混频结果相 同，是可以通过滤波器滤掉的。
[0045] 本实用新型低压低功耗有源混频器还有另一种实施结构如图4所示，这是图2的 一种简化结构，在图4中，N2和N3两个NMOS管的栅极直接接到电源上，相当于两个阻值固 定的电阻，而不是如图2所示的压控电阻。图4所示实施结构也比图2,对于减小版图面积， 降低成本有一定的优势。
[0046] 综上所述，本实用新型提供了一种低压低功耗的有源混频器及其另外一种实施结 构。通过使用压控电阻来替代固定电阻，使得有源混频器可以工作在较低的电源电压下，并 且对本振信号的幅度和波形要求不高。
[0047] 本实用新型中的某些器件可以被其他结构替换，并不影响本实用新型的使用。比 如，作为负载管的P2和P3也可以替换为NMOS管或者三极管。再比如，在合理的直流偏置 电压下，本振信号Vlop可以直接连接到N2和P2的栅极上，从而去掉交流耦合电路，只要N2 和P2两个管子都工作在线性区，就符合本实用新型的基本理念和原理。
【主权项】
1. 一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Nl及其直流偏置管NO。其特征是所述射频输入管Nl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。2. 根据权利要求1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。3. 根据权利要求1或2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。
【专利摘要】一种可以工作在低电源电压下的单平衡有源混频器。包括RF输入信号（Vrf）的交流耦合电容C0，直流偏置电阻R0，输入管N1及其偏置管N0；还包括作为负载的MOS管N2，N3，P2和P3，其中，N2和P2通过电容C2和C3连接到正本振信号（Vlop），N3和P3通过电容C4和C5连接到负本振信号（Vlon）；负载管P2和P3的栅极的直流偏置由P0提供；负载管N2和N3的栅极的偏置由电阻R1提供，偏置电阻R1和偏置管N0在同一电流通路上，保证N2和N3的偏置电压比N1的偏置电压略高。本实用新型解决了现有有源混频器难以在极低电压下工作的问题，并且具有较低的功耗。
【IPC分类】H03D7/16
【公开号】CN204721316
【申请号】CN201520158967
【发明人】吕达文, 范涛
【申请人】南京能瑞自动化设备股份有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年3月20日