专利名称：混频器和直接下变频接收器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信领域，具体而言，涉及一种低噪声下变频 混频器和一种直4妄下变频接收器。
背景技术：
在现代无线通讯i殳备中，直4妾下变频4妄收器(Direct Down Conversion Receiver)因其成本j氐、功库毛小等优点而得到越来越普 遍的应用。
混频器是直接下变频接收器中的重要器件。CMOS工艺在半导 体制造领域所占比重逐渐增加，目前直4妻下变频接收器的混频器通 常采用基于CMOS工艺的吉尔伯特型混频器。
CMOS工艺的传统吉尔伯特型混频器的结构如图l所示，其由 射频输入放大电路、开关管以及负载输出电路组成。射频电压信号 由输入级^争导管Ml 、 M2转换为电流信号，再经两个开关管对(M3、 M4, M5、 M6)下变频到中频或基带，最后由负载电阻R1、 R2放 大输出。由于开关管共源极A点和B点寄生电容Cpl和Cp2的存 在，此混频器在工作过程中会产生较高的低频闪烁噪声输出。由此 可见，CMOS工艺的传统吉尔伯特型混频器成为直"t妾下变频^接收器 中闪烁噪声的主要贡献源，难以满足直4妄下变频4妄收器对于闪烁噪 声的要求。图2示出了是吉尔伯特型混频器的简化模型。其低频闪烁噪声 产生才几理为本地振荡源Vlo驱动混频器的开关管M2和开关管 M3以特定频率切换，开关管的低频闪烁噪声源Vfn随着开关管的 切换对开关管的共源极寄生电容Cp进行反复充放电，从而在共源 极A点上形成一个电流噪声，其噪声水平与Cp成正比，中心频率 为本地振荡频率。此电流噪声再由开关管下变频到负载级，从而形 成混频器低频闪烁噪声输出。
传统吉尔伯特型混频器的降噪手段是通过向开关管的共源极 A、 B点注入直流电流Il和电流源12降低通过开关管的电流，从而 降低混频器的闪烁噪声。
在实现本实用新型过程中，发明人发现现有才支术为了降低混频 器闪烁噪声，需要减小流过开关管的电流，但是这种方法因为是被 动地降低混频器闪烁噪声源的大小，所以对于噪声的抑制效果有限。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种低噪声下变频混频器，能够解决现有 #支术的下变频混频器闪烁噪声4交大的问题。
在本实用新型的实施例中，提供了 一种用于降低闪烁噪声的下 变频混频器，包括转换电路，其包括差分连接的开关管Ml和开 关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；下变频电路，其 包括差分连接的开关管对M3和M4及开关管对M5和M6，用于4巴 由所述转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；负载电路， 其包括差分连^I妄的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流信号 转变为电压信号；容性阻抗电路，用于4氐消开关管对M3和M4的 共源纟及A点和/或开关管对M5和M6的共源4及B点的寄生电容。优选地，容性阻抗电路包括反相器Ul、开关管M11及电容器 Csl,反相器Ul i殳置于开关管^t M3和M4的共源才及A点或开关管 对M5和M6的共源才及B点与开关管Mil的棚4及之间；开关管Mil 的漏纟及分别与开关管^f M3和M4的共源4及A点或开关管^t M5和 M6的共源极B点相连；电容器Csl i殳置于开关管Mil的源极与地 之间。
优选地，反相器是单位增益反相器。
优选地，容性阻抗电路包括电容器Cs、电流源II和电流源12 以及开关管M7和开关管M8，开关管M7和开关管M8的漏4及分别 与开关管7t M3和M4与开关管^t M5和M6的共源一及A点和B点 相连；开关管M7和开关管M8的棚-才及和漏扨J皮jH:交叉相连；电容 器Cs, i殳置于开关管M7和开关管M8的源才及之间；电流源II和 电流源12,分别i殳置于开关管M7和开关管M8的源4及与;也之间。
伊乙选i也，电流源包4舌开关管M9和开关管MIO，其中开关管 M9和开关管M10的栅极连接偏置电流源，其源极分别与参考电压 VDD相连，其漏4及分别与开关管M7和开关管M8的源才及相连。
优选地，上述开关管为CMOS管。
在本实用新型的实施例中，提供了一种直接下变频接收器，其 包括上述任一种混频器。
上述实施例提供了具有闪烁噪声抑制能力的混频器和直接下 抗特性的电路，来抵消该点的寄生电容，从而抑制闪烁噪声。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进 一 步理解，构成 本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本
实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中
图1示出了根据相关技术的一种双差分吉尔伯特型混频器的电 路图2示出了图1的吉尔伯特型混频器的简化电路图3示出了根据本实用新型 一个实施例的包含噪声消除电路的 吉尔伯特型混频器的电路图4示出了根据本实用新型一个实施例的容性阻抗电路Ll和 容性阻抗电路L 2的单端源极电容退化实现形式电路图5示出了根据本实用新型一个实施例的容性阻抗电路L1和 容性阻抗电路L2的差分源极电容退化实现形式电路图6示出了根据本实用新型一个实施例的吉尔伯特型混频器的 电路图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细"i兌明本实用新型。
图3所示为本实用新型的包含容性阻抗电路的吉尔伯特型混频 器的电路图，包括开关管Ml和开关管M2， 用于把射频电压信号转换为电流信号；
下变频电路，其包括构成差分电^^的开关管对M3和M4与开 关管对M5和M6,用于把由转换电路流出的电流信号下变频到中 频或基带；
负载电路，其包括构成差分电路的电阻R1和电阻R2，用于将 下变频后的电流信号转变为电压信号；以及
容性阻抗电路L1和容性阻抗电路L2，用于抵消所述开关管对 M3和M4与开关管对M5和M6的共源4及A点和B点的寄生电容 (即图3中的Cpl和Cp2)。
极连接一个有源电容，可以抵消掉该点的寄生电容Cp，则相当于 切断了开关管闪烁噪声的对地回^各，从而有效降低混频器的闪烁噪 声水平，因此实现了有效的噪声消除电路。
在电路工作带宽内，其从输入点A点或B点看进去的输入阻抗 是一个负容抗，其大小与Cs值相关，通过合理选择Cs的电容值，
消，达到显著提高混频器的闪烁噪声抑制能力的目的。
图4示出了根据本实用新型一个实施例的容性阻抗电路的单端 源极电容退化实现形式电路图，其包括反相器Ul、开关管Mil 及电容器Csl，其中，
反相器Ul设置于开关管对M3和M4共源极A点或开关管对 M5和M6的共源才及B点与开关管Mil的栅-才及之间；
9开关管Mil的漏才及与开关管》tM3和M4共源4及A点或开关管 对M5和M6的共源才及B点相连；
电容器Csl i殳置于开关管Mil的源才及与i也之间。
优选地，反相器U1是单位增益反相器，即增益为-1。
优选地，混频器电路包括两个上述容性阻抗电路，分别连接开 关管对M3和M4共源才及A点与开关管对M5和M6的共源才及B点。
^尤选:l也，开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4、 开关管M5、开关管M6和开关管Mil为CMOS管。
图5示出了根据本实用新型一个实施例的容性阻抗电路的差分 源才及电容退4匕实玉见形式电3各图，包4舌电容器Cs、电流源II和电 流源12以及开关管M7和开关管M8,其中
开关管M7和开关管M8的漏才及分别与开关管》于M3和M4与 开关管对M5和M6的共源才及A和B点相连；
开关管M7和开关管M8的棚4及和漏4及;波此交叉相连；
电容器Cs， i殳置于所述开关管M7和开关管M8的源才及之间；
电流源II和电流源12，分别i殳置于所述开关管M7和开关管 M8的源极与地之间。
图5的电路中开关管M7和开关管M8为差分跨导放大管，其 栅极和漏极彼此交叉连接形成差分输入点。两个对地源极退化电容 合并为一个差分电容Cs，两端分别与开关管M7和开关管M8的源 才及相连。开关管M7和开关管M8由直流电流源II和电流源12分别提供工作电流。该实施例的差分电路中的两路信号互为反相，可
以省去图4电路中的单位增益反相器。
^尤选i也，开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4、 开关管M5、开关管M6、开关管M7和开关管M8为CMOS管。
图6示出了根据本实用新型一个实施例的吉尔伯特型混频器的 电路图，包括转换电路，其包括构成差分电^各的开关管Ml和开 关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；下变频电路，其 包括构成差分电if各的开关管对M3和M4与开关管对M5和M6，用 于把由转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；负载电路， 其包括构成差分电路的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流 信号转变为电压信号；容性阻抗电路，用于抵消开关管对M3和 M4与开关管对M5和M6的共源才及A和B点的寄生电容Cp 1和寄 生电容Cp2。
该图中的容性阻抗电路包括开关管M7、开关管M8、开关管 M9、开关管M10和电容器Cs,其中，
开关管M9和开关管M10的栅极与偏置电路相连形成电流源， 其源^l分别与参考电压VDD相连，其漏4及分别与开关管M7和开 关管M8的源4及相连为其纟是供电流；
开关管M7和开关管M8的源才及之间连4妄一个差分源4及退4b电 容Cs，同时开关管M7和开关管M8的栅极和漏极彼此交叉连接；
开关管M7和开关管M8的漏4及分别与开关管3于M3和M4与 开关管对M5和M6的共源才及A和B点相连。伊C选;也，开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4、 开关管M5、开关管M6、开关管M7、开关管M8、开关管M9和 开关管M10为CMOS管。
该实施例主合出了图5中的偏置电流源II和12的实J见方式。
在图3-6中，开关管为P沟道MOS管或N沟道MOS管。但 本实用新型并不限定与此，在本实用新型的其他实施例中，这些开 关管也可选为与图3-6中的MOS管类型相反的N沟道MOS管或P 沟道MOS管。
在本实用新型的实施例中，提供了一种直接下变频接收器，其 包括上述任一种混频器，这样就可以减少直4妻下变频接收器中的闪 烁噪声。
上述实施例通过在混频器开关管共源极上连4妄具有容性输入 阻抗特性的电路，来抵消该点的寄生电容，从而抑制混频器闪烁噪 声。容性输入阻抗电路可以采用有源电路实现，与开关管共源极的 直流电流注入电路合并，不会为混频器引入额外的功耗，.同时还能 降低通过开关管的电流，实现更低的闪烁噪声水平。
同时，传统吉尔伯特型混频器减小开关管电流还会恶化混频器 的线性度，而本实用新型上述实施例的混频器不单纯依赖减少开关 管电流实现降噪目的，因此对混频器线性度的影响比较小。
以上所述<又为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本 实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更 改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1权利要求1.一种混频器，其特征在于，包括转换电路，其包括差分连接的开关管(M1)和开关管(M2)，用于把射频电压信号转换为电流信号；下变频电路，其包括差分连接的共源极开关管对开关管(M3)和开关管(M4)与共源极开关管对开关管(M5)和开关管(M6)，用于把由所述转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；负载电路，其包括差分连接的电阻(R1)和电阻(R2)，用于将下变频后的电流信号转变为电压信号；容性阻抗电路，用于抵消所述开关管对开关管(M3)和开关管(M4)的共源极A点和/或开关管对开关管(M5)和开关管(M6)的共源极B点的寄生电容。
2. 根据权利要求1所述的混频器，其特征在于，所述容性阻抗电 路包括反相器(Ul)、开关管(Mil)以及电容器(Csl)， 其中所述反相器(Ul )设置于所述共源4及A点或B点与所述 开关管(Mil)的4册极之间；所述开关管(Mil)的漏极分别与所述共源极A点或所 述共源一及B点相连；所述电容器(Csl)设置于所述开关管(Mil)的源极与 地之间。
3. 根据权利要求2所述的混频器，其特征在于，所述反相器是单 位增益反相器。
4. 根据权利要求2所述的混频器，其特征在于，包括两个所述容性阻抗电^各，所述两个容性阻抗电^各分别连^妄所述A点和B 点。
5. 根据权利要求1所述的混频器，其特征在于，所述容性阻抗电 路包括电容器(Cs)、电流源(II)和电流源(12)以及开 关管(M7)和开关管(M8)，其中所述开关管(M7)和开关管(M8)的漏极分别与所述共 源极A、 B点相连，所述开关管(M7)和开关管(M8)的栅 才及和漏4 U皮此交叉相连；所述电容器(Cs )，设置于所述开关管(M7 )和开关管(M8 ) 的源4及之间；所述电流源(II)和电流源(12),分别设置于所述开关 管(M7)和开关管(M8)的源极与地之间。
6. 根据权利要求5所述的混频器，其特征在于，所述电流源包括 开关管(M9)和开关管(MIO)，其中所述开关管(M9)和开关管(MIO)的4册极连接偏置电 流源(Vb),其源4及分别与参考电压(VDD)相连，其漏极分 别与所述开关管(M7)和开关管(M8)的源极相连。
7. 根据权利要求1至6任一项所述的混频器，其特征在于，所述 开关管(Ml )至开关管(M6)为CMOS管。
8. 才艮据权利要求2至4任一项所述的混频器，其特征在于，所述 开关管(Mil )为CMOS管。
9. 根据权利要求6所述的混频器，其特征在于，所述开关管(M7) 至开关管(M10 )为CMOS管。
10. —种直接下变频接收器，其特征在于，包括权利要求l-9中任 一项所述的混频器。
专利摘要本实用新型公开了一种混频器，包括转换电路，其包括差分连接的开关管M1和开关管M2，用于把射频电压信号转换为电流信号；下变频电路，其包括差分连接的共源极开关管对M3和M4及共源极开关管对M5和M6，用于把由转换电路流出的电流信号下变频到中频或基带；负载电路，其包括差分连接的电阻R1和电阻R2，用于将下变频后的电流信号转变为电压信号；容性阻抗电路，用于抵消开关管对M3和M4的共源极A点和/或开关管对M5和M6的共源极B点的寄生电容。本实用新型在不引入额外功耗的前提下可以有效消除混频器的闪烁噪声。
文档编号H03D7/00GK201294486SQ20082012317
公开日2009年8月19日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者王文申, 马欣龙 申请人:北京朗波芯微技术有限公司