恒跨导偏置电路与混频器的制作方法

本发明涉及集成电路领域，具体而言，涉及一种恒跨导偏置电路与混频器。

背景技术：

混频器是通信机的重要组成部件，在接收机中，一般用下混频在频谱上将接收到的高频已调制信号搬移到中频上。从时域角度分析，混频前后的调制规律保持不变，如输出中频信号的包络波形与输入高频信号的包络波形相同，只是载波频率不同。从频域角度分析，混频前后各频率分量的相对大小和相互间隔并不发生变化，即混频是一种频谱的线性搬移，输出的中频信号与接收到的高频信号频谱结构相同，唯一不同的是载频高低。混频器的晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏，即应该设置它的工作点。所谓工作点就是通过偏置电路的设置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位。

现有技术中的混频器的跨导偏置电路，包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管，其中，第四场效应管的栅极分别与第一场效应管漏极、第四场效应管漏极以及第三场效应管的电性连接，第一场效应管的栅极分别与第二场效应管的栅极、第一场效应管的漏极电性连接。有该跨导偏置电路为混频器提供的偏置电压后，混频器的增益为其中，gain为混频器的增益，gmn为第二场效应管的跨导值，gmp为第三场效应管的跨导值，R_L为输出负载，而gmn、gmp以及R_L均随工艺变化，从而导致混频器增益随工艺偏差太大，最终导致严重恶化接收机在不同工艺偏差下的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种恒跨导偏置电路与混频器，以改善上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种恒跨导偏置电路，包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管以及充放电电路，所述第三场效应管的漏极分别与所述第一场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极、所述充放电电路的一端电性连接，所述第五场效应管的漏极分别与所述充放电电路的另一端、所述第六场效应管的源极、所述第八场效应管的源极电性连接，所述第六场效应管的栅极分别与第六场效应管的漏极、所述第七场效应管的栅极、所述第七场效应管的漏极以及所述第一场效应管的栅极电性连接，所述第三场效应管的栅极分别与所述第四场效应管的栅极、所述第四场效应管的漏极以及所述第二场效应管的漏极电性连接，所述第八场效应管的栅极分别与所述第八场效应管的漏极、所述第二场效应管的栅极、所述第九场效应管的漏极、所述第九场效应管的栅极电性连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种混频器，所述混频器包括第一混频单元、第二混频单元、信号放大器以及权利要求1所述的恒跨导偏置电路，所述第一混频单元的输出端分别与所述第二混频单元的输出端以及所述信号放大器的输入端电性连接，所述恒跨导偏置电路与所述第一混频单元电性连接，

所述第一混频单元用于接收第一电压信号和第二电压信号，获得与所述第一电压信号对应的第一电流信号以及与所述第二电压信号对应的第二电流信号，根据所述第一电流信号、第二电流信号以及第一增益系数获得第一信号；

所述第二混频单元也用于接收所述第一电压信号和第二电压信号，获得与所述第一电压信号对应的第一电流信号以及与所述第二电压信号对应的第二电流信号，根据所述第一电流信号、第二电流信号以及第二增益系数获得第二信号；

所述信号放大器用于接收所述第一信号与第二信号的加和并对所述加和进行放大，

所述恒跨导偏置电路用于对所述混频器提供偏置电压。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种恒跨导偏置电路与混频器，该恒跨导偏置电路将所述第三场效应管的漏极分别与所述第一场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极、所述充放电电路的一端电性连接，所述第五场效应管的漏极分别与所述充放电电路的另一端、所述第六场效应管的源极、所述第八场效应管的源极电性连接，所述第六场效应管的栅极分别与第六场效应管的漏极、所述第七场效应管的栅极、所述第七场效应管的漏极以及所述第一场效应管的栅极电性连接，所述第三场效应管的栅极分别与所述第四场效应管的栅极、所述第四场效应管的漏极以及所述第二场效应管的漏极电性连接，所述第八场效应管的栅极分别与所述第八场效应管的漏极、所述第二场效应管的栅极、所述第九场效应管的漏极、所述第九场效应管的栅极电性连接。该恒跨导偏置电路实现了为混频器提供的偏置电压使得混频器的增益与输出负载与输入电阻之比以及第一场效应管、第二场效应管的宽长比之比有关系，而与不随工艺变化没有联系，从而优化了混频器接收机的性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1本发明实施例提供的一种恒跨导偏置电路的电路图；

图2本发明实施例提供的混频器的电路连接框图；

图3为本发明实施例提供的混频器的电路图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：恒跨导偏置电路101，第一混频单元102，第二混频单元103，信号放大器104，混频器105。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种恒跨导偏置电路101，包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5、第六场效应管M6、第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9、充放电电路、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3。充放电电路包括第四电阻R4与电容C。

第三场效应管M3的漏极分别与第一场效应管M1的漏极、第五场效应管M5的栅极、第四电阻R4电性连接，第五场效应管M5的漏极分别与电容C、第六场效应管M6的源极、第一电阻R1的一端电性连接，第一电阻R1的另一端与第八场效应管M8的源极电性连接。第三场效应管M3的源极、第五场效应管M5的源极均用于连接电源。

第六场效应管M6的栅极分别与第六场效应管M6的漏极、第七场效应管M7的栅极、第七场效应管M7的漏极以及第一场效应管M1的栅极电性连接，第三场效应管M3的栅极分别与第四场效应管M4的栅极、第四场效应管M4的漏极以及第二场效应管M2的漏极电性连接。第四场效应管M4的源极用于连接电源，第二电阻R2一端与第一场效应管M1的源极电性连接，第二电阻R2的另一端接地。

第八场效应管M8的栅极分别与第八场效应管M8的漏极、第二场效应管M2的栅极、第九场效应管M9的漏极、第九场效应管M9的栅极电性连接，第二场效应管M2的源极接地，第三电阻R3的一端与第九场效应管M9的源极电性连接，第三电阻R3的另一端接地。

本实施例中，第一场效应管M1的栅极、第六场效应管M6的漏极、第六场效应管M6的栅极、七场效应管的栅极以及第七场效应管M7的漏极的共同连接点vbias为整个跨导偏置电路的静态工作点。

本实施例中，通过合理配置输入电阻使得所有的场效应管均处于正常工作状态，从而通过合理配置第六场效应管M6的宽长比与第七场效应管M7的宽长比的比值，从而实现其中，gmn为第六场效应管M6的跨导值，gmp第七场效应管M7的跨导值，R为该恒跨导偏置电路101的输入电阻，K为第六场效应管M6的宽长比与第七场效应管M7的宽长比的比值。本发明实施例提供的一种恒跨导偏置电路101，整个恒跨导偏置电路101为一个负反馈电路结构，并且偏置电流恒定。具体工作原理为：假设第二场效应管M2的栅极的电压上升，从而流过第二场效应管M2的电流增大，从而使得流过第三场效应管M3和第四场效应管M4的电流增大，因此第五场效应管M5的栅极的电压上升，第五场效应管M5漏极的电压下降，从而反过来使得静态工作点与第二场效应管M2的栅极的电压降低，从而完成一个调制的过程。

另外，本发明实施例提供的恒跨导偏置电路101经过仿真和测试验证可在55nm CMOS工艺1.2v电源电压下可以良好的工作，并且该恒跨导偏置电路101可设置于不同频段，不同用途(比如短距无线通讯、蓝牙、wifi等)的射频系统及芯片或push-pull结构的电路所需的恒跨导偏置模块中应用。

请参阅图2，本发明实施例还提供了一种混频器105，混频器105包括：第一混频单元102、第二混频单元103、信号放大器104以及上述实施例提供的恒跨导偏置电路101，第一混频单元102的输出端分别与第二混频单元103的输出端以及信号放大器104的输入端电性连接，恒跨导偏置电路101与第一混频单元102电性连接。

第一混频单元102用于接收第一电压信号和第二电压信号，获得与第一电压信号对应的第一电流信号以及与第二电压信号对应的第二电流信号，根据第一电流信号、第二电流信号以及第一增益系数获得第一信号。

第二混频单元103也用于接收第一电压信号和第二电压信号，获得与第一电压信号对应的第一电流信号以及与第二电压信号对应的第二电流信号，根据第一电流信号、第二电流信号以及第二增益系数获得第二信号。

信号放大器104用于接收第一信号与第二信号的加和并对加和进行放大。

恒跨导偏置电路101用于对混频器105提供偏置电压。

具体地，如图3所示，第一混频单元102包括：第十场效应管M10、第十一场效应管M11、第十二场效应管M12、第十三场效应管M13、第十四场效应管M14、第十五场效应管M15、第十六场效应管M16以及第十七场效应管M17，第一场效应管M1的栅极、第六场效应管M6的漏极、第六场效应管M6的栅极、七场效应管的栅极以及第七场效应管M7的漏极均与第十场效应管M10的栅极、第十一场效应管M11的栅极、第十二场效应管M12的栅极、第十三场效应管M13的栅极、第十四场效应管M14的栅极、第十五场效应管M15的栅极、第十六场效应管M16的栅极以及第十七场效应管M17的栅极电性连接。

第二混频单元103包括第十八场效应管M18、第十九场效应管M19、第二十场效应管M20、第二十一场效应管M21、第二十二场效应管M22、第二十三场效应管M23、第二十四场效应管M24以及第二十五场效应管M25。

第二十二场效应管M22的源极与电源电性连接，第二十二场效应管M22的漏极分别与第二十三场效应管M23的漏极、第十八场效应管M18的源极以及第十九场效应管M19的源极电性连接，第二十三场效应管M23的源极接地，第二十二场效应管M22的栅极以及第二十三场效应管M23的栅极用于接收第一电压信号。

第二十三场效应管M23的漏极分别与第二十五场效应管M25的漏极、第十六场效应管M16的源极以及第十七场效应管M17的源极电性连接，第二十四场效应管M24的源极接地，第二十三场效应管M23的栅极以及第二十四场效应管M24的栅极用于接收第一电压信号。

第十八场效应管M18的源极、第二十场效应管M20的源极均与电源电性连接，第十八场效应管M18的漏极分别与第十场效应管M10的源极、第十一场效应管M11的源极以及第十九场效应管M19的漏极电性连接，第十八场效应管M18的栅极与第十九场效应管M19的栅极电性连接。

第二十场效应管M20的漏极分别与第十二场效应管M12的源极、第十三场效应管M13的源极以及第二十一场效应管M21的漏极电性连接，第二十场效应管M20的栅极与第二十一场效应管M21的栅极电性连接。

信号放大器104具体可以为跨阻放大器，跨阻放大器的正极输入端与第三场效应管M3的漏极以及第十一场效应管M11的漏极连接，详情请参见图3。跨阻放大器的负极输入端与第四场效应管M4的漏极以及第十二场效应管M12的漏极连接，详情请参见图3。

本实施例中，混频器105的增益由公式计算得出，其中，gain为混频器105的增益，K为第一场效应管M1、第二场效应管M2的宽长比之比，R为输入电阻，R_L为输出负载。

综上，本发明实施例提供的恒跨导偏置电路与混频器，该恒跨导偏置电路101将第三场效应管M3的漏极分别与第一场效应管M1的漏极、第五场效应管M5的栅极、充放电电路的一端电性连接，第五场效应管M5的漏极分别与充放电电路的另一端、第六场效应管M6的源极、第八场效应管M8的源极电性连接，第六场效应管M6的栅极分别与第六场效应管M6的漏极、第七场效应管M7的栅极、第七场效应管M7的漏极以及第一场效应管M1的栅极电性连接，第三场效应管M3的栅极分别与第四场效应管M4的栅极、第四场效应管M4的漏极以及第二场效应管M2的漏极电性连接，第八场效应管M8的栅极分别与第八场效应管M8的漏极、第二场效应管M2的栅极、第九场效应管M9的漏极、第九场效应管M9的栅极电性连接。该恒跨导偏置电路101实现了为混频器105提供的偏置电压使得混频器105的增益与输出负载与输入电阻之比以及第一场效应管M1、第二场效应管M2的宽长比之比有关系，而与不随工艺变化没有联系，从而优化了混频器105接收机的性能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。