主动式混频器与主动式混频方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于混频器与混频方法，尤其是关于主动式混频器与主动式混频方法。
【背景技术】
[0002]混频器是用来转换一输入讯号的频率，主要是通过开关电路使输入讯号与开关讯号相乘来实现。一混频器的输入包含一射频讯号与一本地振荡讯号，输出则是依据该本地振荡讯号将该射频讯号进行移频后的一中频讯号。通常而言，混频器可以应用于一传送系统的升频电路或一接收系统的降频电路，并可区分为被动式混频器与主动式混频器。相较于主动式混频器，虽然被动式混频器的线性度较佳，但它无法提供转换增益，因此对于采用被动式混频器的系统而言，前级电路必须提供较大的增益来压抑后级电路产生的噪声，此夕卜，被动式混频器的振荡讯号与射频讯号的隔离度较差，容易造成振荡讯号辐射的问题。至于主动式混频器，其于电晶体操作于饱合区(Saturat1n Reg1n)时,将射频电压转换至电流，并利用开关电路依开关讯号输出电流的方式来进行频率转换，然后开关电路的输出电流再经由输出负载产生输出电压，因此主动式混频器具有一转换增益。相较于被动式混频器，主动式混频器的转换增益可提供较好的噪声抑制能力，但主动式混频器的架构必须于电压供应范围内将电压分配至电压至电流转换电路、开关电路与负载电路，同时为每一电路保留适当的讯号摆幅以供正常运作，因此设计余裕较小，线性度较差。进一步而言，主动式混频器常需在噪声、线性度与转换增益间做取舍，以一双平衡式主动混频器(亦称为Gilbert Cell)为例，藉由减少流经用来接收本地振荡讯号的电晶体(后称开关电晶体)的电流虽然可以降低闪烁噪声(Flicker Noise),但此举会增加接收射频讯号的电晶体(后称输入电晶体)往该开关电晶体方向所看到的等效阻抗，使得输入电晶体在接收到较大射频讯号时，容易由饱合区进入三极管区(Tr1de Reg1n)，而影响到混频器的线性度；另外，藉由增加中频讯号输出端的负载阻抗虽然可以提高增益，但此举同样会降低流经开关电晶体的电流，进而影响混频器的线性度；再者，随着半导体制程的演进，微缩化后电晶体的最大操作电压变小，此时若优先确保开关电晶体与输入电晶体工作在饱合区(亦即优先确保线性度)，中频讯号输出端的讯号摆幅将被牺牲(亦即增益将被牺牲)，而不利于后续讯号处理，但若优先确保输出端的讯号摆幅，则开关电晶体与输入电晶体的工作区由饱合区进入三极管区的机率将提高，进而造成混频器线性度的损失。针对上述低操作电压所衍生的问题，尽管有部分现有技术采用源极衰减设计来改善该些问题，但源极衰减设计会导致增益变小或电路面积增加的问题，同样会使设计者面临两难。
[0003]相关现有技术可参阅公开号为20090029668的美国专利申请以及下列专利号所对应的美国专利:5548840 ；6078802 ；6639447 ；7816970 ;7948294。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术的缺失，本发明的一目的在于提供一种主动式混频器与混频方法，以解决现有技术的问题。
[0005]本发明公开了一种主动式混频器，能够在兼顾增益与噪声抑制的情形下改善线性度。该主动式混频器的一实施例包含:一电压至电流转换电路，一开关电路，一负载电路，一第一补充电流源及一第二补充电流源；其中，该电压至电流转换电路用来依据一输入讯号产生一转换讯号；该开关电路耦接该电压至电流转换电路，用来依据一时钟脉冲讯号执行开关动作，并经由该开关动作电性连接该电压至电流转换电路与该负载电路；该负载电路耦接该开关电路，用来经由该开关电路的开关动作依据该转换讯号提供一输出讯号于一第一输出节点与一第二输出节点；该第一补充电流源耦接该开关电路与该第一输出节点之间的一第一节点，用来提供一第一补充电流予该开关电路；以及该第二补充电流源耦接该开关电路与该第二输出节点之间的一第二节点，用来提供一第二补充电流予该开关电路。
[0006]本发明亦公开了一种主动式混频方法，能够兼顾增益、噪声抑制与线性度，是由包含一电压至电流转换电路、一开关电路与一负载电路的一主动式混频器来执行。该主动式混频方法的一实施例包含:利用一电压至电流转换电路依据一输入讯号产生一转换讯号；利用一开关电路依据一时钟脉冲讯号执行开关动作，并经由该开关动作电性连接该电压至电流转换电路与一负载电路；经由该开关动作依据该转换讯号提供一输出讯号于该开关电路与该负载电路之间的一第一输出节点与一第二输出节点，经由一第一节点提供一第一补充电流予该开关电路，其中该第一节点位于该第一输出节点与该开关电路之间；以及经由一第二节点提供一第二补充电流予该开关电路，其中该第二节点位于该第二输出节点与该开关电路之间。
[0007]有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的主动式混频器的一实施例的示意图；
[0009]图2为图1的主动式混频器的一实施样态的示意图；以及
[0010]图3为本发明的主动式混频方法的一实施例的示意图。
[0011]其中，附图标记说明如下:
[0012]100主动式混频器
[0013]110电压至电流转换电路
[0014]120开关电路
[0015]130负载电路
[0016]140第一补充电流源
[0017]150第二补充电流源
[0018]200主动式混频器
[0019]210电压至电流转换电路
[0020]212第一差动电晶体对
[0021]214第一电流源
[0022]220开关电路
[0023]222第二差动电晶体对
[0024]224第二差动电晶体对
[0025]226第二电流源
[0026]228第三电流源
[0027]01、02、N1、N2 节点
[0028]C1、C2转换讯号
[0029]Vop、Von 输出讯号
[0030]Vip> Vin 输入讯号
[0031]Lop> Lon时钟脉冲讯号
[0032]IS1、IS2 补充电流
[0033]M1、M2、M3、M4、M5、M6 电晶体
[0034]I1、12、13、IL1、IL2 电流
[0035]VDD工作电压
[0036]Vl第一电压
[0037]V2第二电压
[0038]R1、R2 电阻
[0039]S310利用一电压至电流转换电路依据一输入讯号产生一转换讯号
[0040]S320利用一开关电路依据一时钟脉冲讯号执行开关动作，并经由该开关动作电性连接该电压至电流转换电路与一负载电路
[0041]S330 经由该开关动作依据该转换讯号提供一输出讯号于该开关电路与该负载电路之间的一第一输出节点与一第二输出节点
[0042]S340 经由一第一节点提供一第一补充电流予该开关电路，其中该第一节点位于该第一输出节点与该开关电路之间
[0043]S350 经由一第二节点提供一第二补充电流予该开关电路，其中该第二节点位于该第二输出节点与该开关电路之间
【具体实施方式】
[0044]以下说明内容的技术用是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。
[0045]本发明的公开内容包含主动式混频器与主动式混频方法，能够在兼顾增益与噪声抑制的情形下改善线性度。该装置及方法可应用于一集成电路(例如一通讯IC)或一系统装置(例如一固定式或可携式通讯装置)，且在实施为可能的前提下，本技术领域普通技术人员能够依本说明书的公开内容来选择等效的元件或步骤来实现本发明，亦即本发明的实施并不限于后叙的实施例。由于本发明的主动式混频器所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以节略。此外，本发明的主动式混频方法可藉由本发明的混频器或其等效装置来执行，在不影响该方法发明的充分公开及可实施性的前提下，以下方法发明的说明将着重于步骤内容而非硬体。
[0046]请参阅图1，其为本发明的主动式混频器的一实施例的示意图，如图1所示，本实施例的主动式混频器100包含:一电压至电流转换电路110 ;—开关电路120 ;—负载电路130 ;一第一补充电流源140以及一第二补充电流源150。所述电压至电流转换电路110例如是一转导放大器，用来依据一输入讯号产生一转换讯号。所述开关电路120稱接电压至电流转换电路110，用来依据一时钟脉冲讯号(等于或源自于一振荡讯号)执行开关动作，并经由该开关动作电性连接电压至电流转换电路I1与负载电路130。所述负载电路130耦接开关电路120，用来经由开关电路120的开关动作依据电压至电流转换电路110的转换讯号提供一输出讯号于一第一输出节点Ol与一第二输出节点02。所述第一补充电流源140耦接开关电路120与第一输出节点01间的一第一节点NI，用来提供一第