专利名称：混频器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混频器电路(频率转换电路)，例如，适合用于双平衡 型混频器电路。
背景技术：
图l是示出以往的双平衡型混频器屯路的结构例子的图。如图1所示，双 平衡型混频器电路在一对输入信号V^和V^2的输入端子对之间配备包含一
组差动晶体管对(Nl， N2)的差动放人器51。该差动放大器51为差动晶体 管对(Nl， N2)的各个源极共通连接的共源极结构，作为恒流电源的晶体 管N3连接到该共源极点。
而且，在一对本地信号V,和V2的输入端子对之间配备包含两组差动晶体
管对{ (N5， N6) ， (N7， N8) }的双平衡电路52。双平衡电路52具体地如 下所述来构成。
艮口，-—方的差动晶体管对(N5， N6)的漏极之间及另一方的差动晶体 管对(N7， N8)的漏极之间分别共通连接。而且，晶体管N5的栅极和晶体 管N8的栅极共通连接， 一方的本地信号V,输入到该共通栅极。而且，晶体管 N6的栅极和晶体管N7的栅极共通连接，另一方的本地信号V2输入到该共通 栅极。
而且，晶体管N5的源极和晶体管N7的源极共通连接， 一方的输出端子 OUT,连接到该共通源极。而且，晶体管N6的源极和晶体管N8的源极共通连 接，另一方的输出端子OUT2连接到该共通源极。而且，各个晶体管N5 N8 的漏极经由电阻器连接到电源VDD。
而且，上述差动放大器51具体地如下所述来构成。即，关于一方的晶体 管N1，其漏极连接到一方的差动晶体管对(N5， N6)的共通源极，源极连 接到晶体管N3。 一方的输入信号V,N,输入到栅极。而且，关于另一方的晶体管N2，其漏极连接到另--方的差动晶体管对(N7， N8)的共通源极，源极 连接到晶体管N3。另一方的输入信号Vw2输入到栅极。
差动放大器51的偏压从偏压电路53供给。在该偏压屯路53中，晶体管 N21连接到一方的恒流电源Irl。而且，级联连接的晶体管N22和N23连接到 另一方的恒流电源Ir2，晶体管N22和N23各自的栅极和漏极分别以二极管连 接方式连接。
而且，针对差动品体管对N1和N2的栅极的偏置电压山级联连接的晶体 传N22和N23供给。而且，针对用于恒流电源的晶体管N3的栅极的偏置电压 山晶体管N21供给。
但足，这样的结构的情况下，设定一个品休宵的栅极一源极问电压为 Vgs，则作为差动放大器51 (晶体管N1和N2)的偏置电压，需要2Vgs。其理 由如下。
艮口，设定晶体管Nl和N2的偏置电压为Vgs，则晶体管N3的漏极一源极 间电压为0[V]，晶体管N3偏离正常操作区域(饱和区域)。因而，流经晶体 管N3的漏极电流与流经晶体管N21的基准电流不相关。因此，为了晶体管N3 和晶体管N21作为电流镜电路正常操作，作为晶体管N1和N2的偏置电压，需 要2Vgs。
在此情况下，差动放大器51的共源极电位为Vgs，差动放大器51正常操 作的漏极电压需要约2Vgs以上。相应地，双平衡电路52与构成差动放大器51 的晶体管N1和N2的漏极连接，输入到构成双平衡电路52的差动晶体管对 N5 N8的栅极的本地信号V,和V2的平均直流电压需要约3Vgs以上。
因此，本地信号V,和V2为从图中未示出的局部振荡电路输出的矩形波的
信号。例如，假定Vgs二0.7[V]，则作为本地信号V,和V2的矩形波的上侧电 位，至少需要3Vgs + 0.2二2.3[V]。而且，由于过程的波动，Vgs发生波动， 因此，需要一定程度的余量。其结果是，作为最小操作电源电压，需要2.4[V] 的程度，难以实现例如1.8[V]那样的低电压操作。因此，本发明目的是，能 够降低双平衡型混频器电路的操作电源电压。
而且，为了能够使用低电压电源，存在以最小偏置电位供给差动对的各 自的偏置电流的技术(例如，参照专利文献l)。在该专利文献1的图5所示
4的例子中，使用基准电流源和缓冲器电路来以最小电压生成差动对的偏置电 流。
专利文献l:特表平11-513235号公报
但是，上述专利文献l记载的以往的混频器电路由双极晶体管构成，差 动放大器(差动晶体管对)的发射极经由电阻器连接到地。因此，向差动放 大器输入的输入信号如果不是差动输入则不能发生动作，存在单一输入的信 S不能处理的问题。而且，存在为了应对差动输入而在输入级需要变压器等 节的问题。
发明内容
因此，本发明的H的是，不仅只能够降低操作!li源屯压，而且无需使月J 变压器等等，不论差动输入还是单一输入均能应对。
为了解决上述问题，根据本发明，用于恒流电源的晶体管分别连接到构 成差动放大器的一组差动晶体管对的各个源极侧。而且，对于差动晶体管对 及用于恒流电源的晶体管，施加相同电位的偏置电压。因此，所使用的各个
晶体管为MOS晶体管。
根据如上所述而构成的本发明，对于与构成差动放大器的一组差动晶体 管对的各个源极侧分别级联连接的用于恒流电源的晶体管，偏置电压分别从 偏压电路按照电流镜的关系来供给，由于这样的形式，即使针对无信号时的 差动放大器的偏置电压与针对用于恒流电源的晶体管的偏置电压相同大小 (不需要像以往那样为两倍的大小)，仍能够是流经一组差动晶体管对及与 其级联连接的多个用于恒流电源的晶体管的漏极电流为与流经偏压电路的 基准电流等价的电流。
因此，即使针对无信号时的差动放大器的偏置电压降到与针对用于恒流 电源的晶体管的偏置电压相同大小，仍能够使差动放大器正常操作。由此， 能够按照差动放大器的偏置电压能够降低的程度来降低混频器电路整体所 需要的操作电源电压的大小。而且，本发明的混频器电路由MOS晶体管构成， 差动放大器的源极点不接地而是连接到恒流电源，因此，无需使用变压器等 等，不论差动输入还是单一输入均能够应对。
图1是示出以往的混频器电路的结构例子的图。
图2是示出按照第一实施例的混频器电路的结构例子的图。
图3是示出按照第二实施例的混频器电路的结构例子的图。
图4是示出取代图3所示的偏压电路而能够适用的电路的结构例子的图。
具体实施方式
(第 -实施例)
以下，基于
本发明的 -个实施例。图2是示出按照第一实施例 的混频器屯路的结构例子的图。在图2中，向与图所示的构成元素具有相同 功能的构成元素赋予相同的标号。而且，图2所^的本实施例的混频器电路 通过例如CMOS (互补金属氧化物半导体)处理或Bi-CMOS (双极一CMOS) 处理而集成在一个IC (集成电路)芯片。
在图2中，N1和N2是构成混频器电路的输入差动放大器的一组差动晶体 管对，N3和N4是构成恒流电源的多个用于恒流电源的晶体管。用于恒流电 源的晶体管N3和N4分别级联连接到一组差动晶体管对N1和N2的源极侧。这 样，本实施例与图l所示的以往例子的不同之处在于如下几点，晶体管N1和 N3级联连接，同时晶体管N2和N4级联连接，差动晶体管对N1和N2共源极连 接。
构成输入差动放大器的差动晶体管对N1和N2及与其级联连接的用于恒 流电源的晶体管N3和N4的偏压从偏压电路10供给。本实施例的偏压电路IO 对于差动晶体管对N1和N2及用于恒流电源的晶体管N3和N4施加相同电位 的偏置电压。所施加的偏置电压的大小为Vgs。
在偏压电路10的内部，4个晶体管N11 N14构成低电压级联电流镜电 路。其中，两个晶体管N13和N14构成输入的基准电流Ir流经的输入电路。其 余两个晶体管Nll和N12构成输出与基准电流Ir相同流向的电流的输出电路。
上述的输入电路中，两个晶体管N13和N14级联连接，各个晶体管NB 和N14的栅极与位于级联连接的上侧的晶体管N13的漏极以二极管连接方式 连接，其漏极与输出电路的晶体管N11的栅极以电流镜方式连接。而且，输出电路中，两个晶体管N11和N12级联连接，位于级联连接的 下侧(接地侧)的晶体管N12的栅极与位于上侧的晶体管N11的漏极以二极 管连接方式连接。而且，该漏极(输出电路的输出点)与用于恒流电源的晶 体管N3和N4的栅极分别连接。
构成偏压电路10的其余两个晶体管N15和N16为具有与低电压级联电流 镜电路的输入电路相同电路结构的伪输入电路。在本实施例中，.匕述差动晶 体管对Nl和N2的偏压点Va连接到伪输入电路的输入点(晶体管N15的漏 极)，用于恒流电源的品休管N3和N4的偏压点Vb连接到输出电路的输出点 (晶体管N11的漏极)。
因此，为了构成电流镜的输入电路和输出ii路的各个晶体管Nll N14 今部在饱和区域正常操作，需要把晶体管N12和N14的尺寸选择为使得晶体 管N11和N13的过驱动(overdrive)电压比阈值电压小。艮卩，适当地选择各个 晶体管N11 N14的尺寸，使得各个晶体管N11 N14全部处于饱和状态，Va =Vb=Vgs。而且，构成伪输入电路的晶体管N15和N16的尺寸与构成输入电 路的晶体管N13和N14的尺寸相同。
例如，构成输出电路的晶体管N11和N12的晶体管尺寸与构成输入电路 及伪输入电路的晶体管N13 N16的晶体管尺寸的比率，前者为(L = 0.5， W =10)，后者为(L=l， W=10) 。 L为沟道长度，W为沟道宽度。而且， 此处所示的晶体管尺寸比仅仅为一个例子，而并非限定于此尺寸比。
晶体管N11 N14构成电流镜电路，因此与流经输入电路的晶体管N13 和N14的基准电流Ir相同的电流也流经输出电路的晶体管Nll和N12。而且， 伪输入电路具有与输入电路相同的电路结构，因此，相同的电流Ir也流经伪 输入电路的晶体管N15和N16。即，相同的电流Ir供给到偏压电路10的各个晶 体管N11 N16。
按图2所示来构成偏压电路10的晶体管N11 N14，通过如上所述来设定 各个晶体管的尺寸，偏压电路10的晶体管N11 N14和混频器电路的晶体管 N1 N4能够为电流镜的关系。在此情况下，各个晶体管N1 N4的漏极一源 极间电压Von为Vgs—Vt (Vt为阈值电压)，不会为O[V]。因此，各个晶体管 N1 N4全部在饱和区域正常操作。在构成上述的混频器电路的情况下，用于恒流电源的晶体管N3和N4的 偏置电压约为Vgs，构成输入差动放大器的差动晶体管对N1和N2的偏置电位 也约为Vgs，漏极电压为Vgs。因此，输入到构成双平衡电路的差动晶体管对 N5 N8的栅极的本地信号V,和V2的平均直流电压约2Vgs。
因此，本地信号V,和V2为从图中未示出的局部振荡电路输出的矩形波的
信号。例如，假定Vgs二0.7[V]，则作为本地信号V,和V2的矩形波的上侧电 位至少需要2Vgs + 0.2-1.6[V]。因此，即使考虑过程的波动，混频器电路的 最小操作电源电压不过1.7[V]的程度。因此，能够提供以比以往例子低达 0.7[V]的电源屯jji来操作的双平衡型混频器电路。
按照本实施例的混频器电路，用于恒流电源的晶体管N3和N4分别级联 连接到差动晶体管对N和N2的各个源极侧，对于两个爪于恒流电源的晶体 管N3和N4，分别从偏压屯路10按照电流镜关系施加偏置电压Vgs，由于这样 的形式，当输入到差动放大器的信号不存在时，即使针对差动^^体管对N1 和N2的偏置电压和针对用于恒流电源的品体管N3和N4的偏置电压同为Vgs, 流经级联连接的晶体管N1和N3或N2和N4的漏极电流能够为与流经偏压电 路10的基准电流Ir等价的电流。
因此，即使针对无信号时的差动晶体管对Nl和N2的偏置电压降到Vgs， 仍能够使差动放大器正常操作。而且，本实施例的混频器电路由MOS晶体管 构成，差动放大器的源极点不接地而是连接到用于恒流电源的晶体管N3和 N4，因此，无需使用变压器等等，不论差动输入还是单一输入均能够应对。 (第二实施例)
以下，基于
本发明的第二实施例。图3是示出按照第二实施例 的混频器电路的结构例子的图。图3所示的混频器电路也通过例如CM0S处 理或Bi-CMOS处理而集成在一个IC芯片。与图2所示的第一实施例的不同点 在于，偏压电路20的结构及构成输入差动放大器的差动晶体管对N1和N2的 偏压点Va的取法。
第二实施例不配备图2所示的伪输入电路的晶体管N15和N16。即，第二 实施例的偏压电路20配备有低电压级联电流镜电路，该低电压级联电流镜电 路包括输入的基准电流Ir流经的输入电路、和输出与基准电流Ir相同流向的电流的输出电路。差动晶体管对Nl和N2的偏压点Va连接到输入电路的输入 点(晶体管N13的漏极)。
因此，施加差动晶体管对N1和N2的偏置电压的输入电路的输入点连接 到输出电路的晶体管N11的栅极。由于输出电路中生成了用于恒流电源的晶 体管N3和N4的偏置电压，因此如果不将输入电路的输入点置为交流低阻抗， 则输入信号重叠在用于恒流电源的品体管N3和N4的偏压点Vb。因此，希望 把旁路电容器C连接在输入电路的输入点和地之间。
虽然在上文中关于第一实施例及第二实施例进行了说明，然而在此所示 的偏压电路IO、 20的结构作为例子示出，而并非限定于此。图4是示出取代 例如图3所示的偏压电路20而能够适用的电路的结构例子的图。而且，在该 图4中，向与图3所示的构成元素具有相同功能的构成元素赋予相同的标号。
图4 (a)的例子中，仅仅由一个晶体管N13构成电流镜电路的输入电路。 在该图4 (a)的例子中，与图3的例子同样地，差动晶体管对N1和N2的偏压 点Va连接到输入电路的输入点，用于恒流电源的晶体管N3和N4的偏压点Vb 连接到输出电路的输出点。
图4 (b)的例子中，不采用电流镜电路的结构，而是由级联连接的两个 晶体管N11和N12来构成偏压电路。在该图4 (b)的例子中，差动晶体管对 Nl和N2的偏压点Va连接到上侧的晶体管Nll的栅极，用于恒流电源的晶体 管N3和N4的偏压点Vb连接到下侧的晶体管N12的栅极。而且，两个偏压点 Va和Vb之间以电阻器R连接。
图4 (c)的例子中，不采用级联连接的结构，而是由与差动晶体管对 N1和N2以电流镜方式连接的晶体管N13、与用于恒流电源的晶体管N3和N4 以电流镜方式连接的晶体管N11来构成偏压电路。在该图4 (c)的例子中， 差动晶体管对Nl和N2的偏压点Va连接到晶体管N13的漏极，用于恒流电源 的晶体管N3和N4的偏压点Vb连接到晶体管Nll的漏极。
而且，图4所示的结构的偏压电路(但是，是去除旁路电容器C的部分) 也能够适用于图2所示的第一实施例的偏压电路10。在适用于图2的偏压电路 IO的情况下，设置与图4 (a)情况下的输入电路的晶体管N13、图4 (b)情 况下的级联连接的晶体管N11和N12、图4 (c)情况下的晶体管N13相同结构
9的伪输入电路，差动晶体管对Nl和N2的偏压点Va连接到相应伪输入电路的 输入点。
而且，尽管在上述实施例中举双平衡型混频器电路为例，然而并不限定 于此。
此外，上述实施例的任意一个仅仅是示出适合于实施本发明的具体化的 示例，而非据此来对本发明的技术上的范围进行限定性的解释。即，在不脱 离本发明的精神或主旨的情况下，本发明能够以各种各样的形式来实施。
下面说明产业上的实用性。
本发明能够用亍对中间频率执行频率转换的混频器电路。
权利要求
1.一种混频器电路，其特征在于，包括差动放大器，包含一组差动晶体管对；多个用于恒流电源的晶体管，分别级联连接到所述一组差动晶体管对的源极侧；以及偏压电路，对于所述一组差动晶体管对及所述用于恒流电源的晶体管，施加相同电位的偏置电压。
2. 按照权利处求l所述的混频器电路，其特征在于 所述偏压电路包括电流镜电路，包括输入的基准电流流经的输入电路、及输出与所述基准电流相同流向的电流的输出电路；以及伪输入电路，与所述电流镜电路的输入电路相同地构成，其中，所述一组差动晶体管对的偏压点连接到所述伪输入电路的输入点，所述用于恒流电源的晶体管的偏压点连接到所述输出电路的输出点。
3. 按照权利要求l所述的混频器电路，其特征在于 所述偏压电路包括电流镜电路，该电流镜电路包括输入的基准电流流经的输入电路、及输出与所述基准电流相同流向的电流的输出电路，其中，所述一组差动晶体管对的偏压点连接到所述输入电路的输入点， 所述用于恒流电源的晶体管的偏压点连接到所述输出电路的输出点。
4. 按照权利要求3所述的混频器电路，其特征在于 所述输入电路的输入点连接旁路电容器。
5. 按照权利要求l所述的混频器电路，其特征在于 所述偏压电路包括级联连接的两个晶体管， 一方的晶体管的栅极与另-一方的晶体管的漏极以二极管连接方式连接，所述一组差动晶体管对的偏压点连接到所述级联连接的输入点，所述用 于恒流电源的晶体管的偏压点连接到所述级联连接的输出点。
全文摘要
在把用于恒流电源的晶体管(N3)和(N4)分别级联连接到构成差动放大器的差动晶体管对(N1)和(N2)的各个源极侧的同时，把偏压电路(10)构成为对差动晶体管对(N1)和(N2)及用于恒流电源的晶体管(N3)和(N4)施加相同电位的偏置电压(Vgs)，由此，即使针对无信号时的差动晶体管对(N1)和(N2)的偏置电压与针对用于恒流电源的晶体管(N3)和(N4)的偏置电压同为(Vgs)，流经各个晶体管(N1)～(N4)的漏极电流成为与流经偏压电路(10)的基准电流(Ir)等价的电流，仍能够使差动放大器正常操作。
文档编号H03D7/14GK101611542SQ20078004420
公开日2009年12月23日 申请日期2007年11月30日 优先权日2006年12月1日
发明者石黑和久, 高桥义昭 申请人:Nsc株式会社;株式会社理光