一种超低功耗上变频混频器的制作方法

本实用新型涉及CMOS集成电路领域，具体涉及一种超低功耗上变频混频器。

背景技术：

混频器主要功能是完成系统的频率转换功能，上变频器一般应用在无线发射机系统，其功能是将低频信号转换为高频信号，是发射机中重要的组成部分，线性度、变频增益、噪声和功耗等是混频器的关键性能参数，直接影响着整个发射机的性能。这些性能参数之间互相影响互相制约，如何寻求一个对所在系统最优的，最满足系统性能要求的方案，成为了人们关心的问题。目前，无线通信设备正朝着重量轻，体积小，功耗低，成本低的方向迅速发展，对于导航接收机等便携式电子设备，也需要低电压低功耗电路来延长电池的使用寿命，并减小系统散热带来的压力，以保证系统长时间的稳定工作。

目前使用最为广泛的是双平衡Gilbert混频器，传统的吉尔伯特混频器广泛应用于上混频器的设计中，但传统的混频器具有以下缺点：

1.直流电流流过跨导级、开关级、负载级和尾电流部分。除开跨导级、开关级之外，负载级和尾电流也需要消耗一定的直流压降，因而需要较高的电源电压。

2.功耗大，为了使混频器达到一定的增益和改善线性度，需要增大电流，这样功耗也随之增大。此外，开关级电流增大，会增大开关级的噪声贡献；负载级的电流增大，会消耗电压裕度，也会增加电阻的噪声贡献。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有的混频器需要较高的电源电压，并且功耗和噪声较大，目的在于提供一种超低功耗上变频混频器，解决上述问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种超低功耗上变频混频器，包括负载级单元、开关级单元和跨导级单元；所述负载级单元、开关级单元和跨导级单元依次连接；所述负载级单元包括第一电感L1、第七电容C7、第二电感L2、第八电容C8、第五电容C5和第六电容C6；所述L1的一端、C7的一端和C5的一端共节点，且L1的另一端和C7的另一端连接电源VDD，C5的另一端连接输出端正极RF+；所述L2的一端、C8的一端和C6的一端共节点，且L2的另一端和C8的另一端连接电源VDD，C6的另一端连接输出端负极RF-。

现有技术中，传统的混频器具有以下缺点：1.直流电流流过跨导级、开关级、负载级和尾电流部分。除开跨导级、开关级之外，负载级和尾电流也需要消耗一定的直流压降，因而需要较高的电源电压。2.功耗大，为了使混频器达到一定的增益和改善线性度，需要增大电流，这样功耗也随之增大。此外，开关级电流增大，会增大开关级的噪声贡献；负载级的电流增大，会消耗电压裕度，也会增加电阻的噪声贡献。

本实用新型应用时，L1和C7构成LC振荡电路，L2和C8构成LC振荡电路，从而为负载级单元提供了良好的阻抗，从而提高了增益，并且减少了其他无用谐波对输出信号的影响，进而取出了传统混频器的尾电流，避免了尾电流的直流降压，从而减小了电压到地的直流压降，减少了功耗。本实用新型通过布置上述电路元器件，降低了所需电源电压，并且降低了功耗，从而降低了电阻的噪声。

进一步的，所述开关级单元包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第三电容C3和第四电容C4；所述M4的栅极、M5的栅极、R3的一端和C4的一端共节点，且R3的另一端连接第二偏置电压Vb2，C4的另一端连接本振输入负极L0-；所述M6的栅极、M3的栅极、R4的一端和C3的一端共节点，且R4的另一端连接Vb2，C3的另一端连接本振输入正极L0+；M3的源极和M4的源极连接，M5和M6的源极连接；所述M3的漏级和M5的漏级连接于C5远离RF+的一端，所述M4的漏级和M6的漏级连接于C6远离RF-的一端。

再进一步的，所述跨导级单元包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、第一MOS管M1和第二MOS管M2；所述C1的一端、R1的一端和M1的栅极共节点，且C1的另一端连接差分输入中频正极IF+，R1的另一端连接第一偏置电压Vb1；所述C2的一端、R2的一端和M2的栅极共节点，且C2的另一端连接差分输入中频负极IF-，R2的另一端连接第一偏置电压Vb1；所述M1的源极和M2的源极连接并接地；所述M1的漏级连接M3的源极，所述M2的漏级连接M5的源极。

本实用新型应用时，通过跨导级单元、开关级单元和跨导级单元之间的相互作用关系，使M1和M2工作在亚阈值区，进一步的降低了电路的功耗。

进一步的，负载级单元、开关级单元和跨导级单元采用0.13um CMOS。

进一步的，所述VDD采用1～1.2V。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种超低功耗上变频混频器，通过布置上述电路元器件，降低了所需电源电压，并且降低了功耗，从而降低了电阻的噪声；

2、本实用新型一种超低功耗上变频混频器，通过跨导级单元、开关级单元和跨导级单元之间的相互作用关系，使M1和M2工作在亚阈值区，进一步的降低了电路的功耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型变频增益随输入中频功率的变化曲线；

图3为本实用新型输出功率的性能参数曲线。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-负载级单元，2-开关级单元，3-跨导级单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，本实用新型一种超低功耗上变频混频器，包括负载级单元1、开关级单元2和跨导级单元3；所述负载级单元1、开关级单元2和跨导级单元3依次连接；所述负载级单元1包括第一电感L1、第七电容C7、第二电感L2、第八电容C8、第五电容C5和第六电容C6；所述L1的一端、C7的一端和C5的一端共节点，且L1的另一端和C7的另一端连接电源VDD，C5的另一端连接输出端正极RF+；所述L2的一端、C8的一端和C6的一端共节点，且L2的另一端和C8的另一端连接电源VDD，C6的另一端连接输出端负极RF-。所述开关级单元2包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第三电容C3和第四电容C4；所述M4的栅极、M5的栅极、R3的一端和C4的一端共节点，且R3的另一端连接第二偏置电压Vb2，C4的另一端连接本振输入负极L0-；所述M6的栅极、M3的栅极、R4的一端和C3的一端共节点，且R4的另一端连接Vb2，C3的另一端连接本振输入正极L0+；M3的源极和M4的源极连接，M5和M6的源极连接；所述M3的漏级和M5的漏级连接于C5远离RF+的一端，所述M4的漏级和M6的漏级连接于C6远离RF-的一端。所述跨导级单元3包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第二电容C2、第一MOS管M1和第二MOS管M2；所述C1的一端、R1的一端和M1的栅极共节点，且C1的另一端连接差分输入中频正极IF+，R1的另一端连接第一偏置电压Vb1；所述C2的一端、R2的一端和M2的栅极共节点，且C2的另一端连接差分输入中频负极IF-，R2的另一端连接第一偏置电压Vb1；所述M1的源极和M2的源极连接并接地；所述M1的漏级连接M3的源极，所述M2的漏级连接M5的源极。所述负载级单元1、开关级单元2和跨导级单元3采用0.13um CMOS。所述VDD采用1～1.2V。

本实施例实施时，L1和C7构成LC振荡电路，L2和C8构成LC振荡电路，从而为负载级单元提供了良好的阻抗，从而提高了增益，并且减少了其他无用谐波对输出信号的影响，进而取出了传统混频器的尾电流，避免了尾电流的直流降压，从而减小了电压到地的直流压降，减少了功耗。通过跨导级单元3、开关级单元2和跨导级单元1之间的相互作用关系，使M1和M2工作在亚阈值区，进一步的降低了电路的功耗。

实施例2

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，对本实用新型进行性能检测，图2中横轴为中频功率，纵轴为本实用新型变频增益，图2为电源电压1.1V的测试曲线，由图中可见，不同于现有的混频器，本实用新型混频器在电源电压1.1V下可以保障变频增益在5.8dB，并且功耗仅为0.985mW，双边带噪声仅为13dB，而现有的混频器的电源电压在相同增益时需要1.5V，功耗在4mW左右。

实施例3

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上，对本实用新型进行性能检测，图3中虚线(line)为理想线性变频增益，实线(P_RF)为本实用新型的实际变频增益，可见两者相差1dB时，也就是P1dB时，输入中频仅为-8dBm，具有非常好的变频增益和线性度。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。