变频器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括本地振荡器和混频器的变频器，用在例如无线电接收机中。
【背景技术】
[0002]具有良好性能的低成本无线电接收机是一种需求。低功率架构，以及单片地生产该接收机的能力是优选地，例如使用M0S(金属氧化物半导体)工艺。在现有技术中，例如专利文献EP2408118中所描述的，LC(电感-电容)谐振回路被用来提供本地振荡信号，本地振荡信号被混频器用来将所需的通道从所接收的射频(RF)变换为中频(IF)。
[0003]LC谐振回路被用在现有技术中，因为其比较低的相位噪声。然而，生产具有必要的调节范围和性能的LC谐振回路可能是昂贵的，例如由于其通常需要比较大的硅面积。实现宽的调节范围的一种方法是在LC谐振回路中使用具有大调节范围的可变电抗器或额外的开关电容器，但这将导致增大的噪声，并需要更多能量。在如专利文献EP2408118所述的另一方法中，使用可重构的混频器，但这种方法仍然需要LC谐振振荡器，其使用比较大的硅面积。
[0004]环形振荡器是另外一种提供本地振荡器信号的方法，但现有的环形振荡器典型地并不适合使用于变频器中，这是由于它们的比较高的相位噪声。进一步地，现有的环形振荡器可能并不适合使用在混频器中，因为它们提供重叠的输出，或者具有不合适的占空比。L.Dai 和 R.Harjani 的 “Comparison and analysis of phase noise in ringoscillators”，IEEE国际电路与系统年会(ISCAS)，2000年5月28-31，提供了环形振荡器中相位噪声的综述，并建议了相位噪声如何可以被最小化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决上述的至少一些问题。
[0006]根据本发明，提供了一种变频器，包括多相本地振荡器与多相混频器，其中混频器包括对于混频器的每个相位的混频器开关；本地振荡器配置为向每个混频器开关提供至少一个振荡器相位；以及本地振荡器包括多个反相器，配置为环形振荡器。
[0007]—个或多个，或者全部的反相器可以是反相放大器。
[0008]使用包括环形振荡器的本地振荡器意味着，对于电感器的需求被省略了，而它在现在技术的基于LC谐振回路的本地振荡器中是需要的。电感器或者消耗相对较大的管芯面积，或者需要管芯之外的元件，从而增加了本地振荡器的成本和尺寸。环形振荡器的有利之处还在于它具有大的调节范围。频率可以通过反相器的容性负载的变化和/或施加到反相器上的偏置电压来被调节。
[0009]环形振荡器的相位可能是重叠的。本地振荡器的相位可能是非重叠的。多相混频器典型地需要非重叠的多相振荡器信号，从而在一个时间上，混频器开关中只有一个闭合。
[0010]本地振荡器可以具有η个相位，每个相位的占空比可以是l/η。这种类型的输出特别适合于典型的多相混频器(但不是必要的)。
[0011]对于每个相位的混频器开关可以包括多个晶体管，每个混频器开关可响应于本地振荡器的多于一个相位。每个混频器开关可配置为响应于本地振荡器的相位的逻辑组合。这种配置允许向混频器开关提供重叠的多相本地振荡器输入，而无需在一个时间闭合多于一个混频器。
[0012]混频器开关可配置为运行在与本地振荡器相位相同、倍数、或分数的频率上。可以有与振荡器相位数目相比相同数目的或者更少的混频器相位，或者可以有与振荡器相位数目相比更多的混频器相位。本地振荡器相位的逻辑组合使得这些结构可行。先前在本地振荡器中进行的逻辑运算可以在混频器开关中进行。
[0013]环形振荡器可以包括3、5、7、9、11、13或15个反相器或者反相放大器。
[0014]本地振荡器可以具有偶数个相位或者奇数个相位。奇数个相位可以导致更低的功率需求，并使用更小的管芯面积。偶数个相位可以提供在变频器中改善的二次互调性能。
[0015]多相混频器可以具有奇数个相位或者偶数个相位。
[0016]多相混频器可以具有3个相位。
[0017]本地振荡器的每个相位可以通过连接到环形振荡器的反相器的逻辑门结构来产生。
[0018]逻辑门结构可以配置为产生数个相位，其数目是环形振荡器的反相器的整数倍。从而，从具有奇数个反相器的环形振荡器可以产生偶数个相位。
[0019]逻辑门结构可配置为产生具有倍数或分数于环形振荡器的频率的频率的相位。
[0020]混频器可以配置为采样混频器。
[0021]变频器可进一步包括电感-电容网络，配置为阻抗匹配级，适用于设置在天线与混频器之间。
[0022]变频器可进一步包括用于将来自混频器的数个相位输出转换为具有更多或更少数目的相位的信号的电路。这种方法可用来从奇数相位混频器提供正交(单端或差分)中频输出。
【附图说明】
[0023]以下将结合附图对于本发明的实施方式进行进一步描述，其中:
[0024]图1是一种三反相器环形振荡器的示意图；以及显示电路中各位置的电压的电压曲线；
[0025]图2为一种三反相器环形振荡器的示意图，其具有逻辑门结构，用来产生非重叠三相位本地振荡器信号；
[0026]图3为一种三反相器环形振荡器的示意图，其具有另一种逻辑门结构，用来产生非重叠三相位本地振荡器信号。
[0027]图4是显示由图2或图3中电路所产生的三相位本地振荡器输出波形的图形，以及环形振荡器的三个反相器的输出；
[0028]图5为三相位混频接收器的电路图；其包括本地振荡器，产生三相位非重叠输出，通过三个混频器开关耦合到三相位ADC ;
[0029]图6是与图5相似的三相位混频接收器的电路图，其中混频器为采样混频器；
[0030]图7是与图6相似的三相位混频接收器的电路图，其中在天线与混频器开关之间设置LC阻抗匹配网络；
[0031]图8是一种三相位混频器的电路图，其中每个混频器开关包括串联组合的晶体管，以及每个混频器开关可响应于多于一个的本地振荡器相位；
[0032]图9为一种三反相器环形振荡器的图形，其具有逻辑门结构，用来生成非重叠的六相位本地振荡器信号，频率为本地振荡器的两倍；
[0033]图10为三反相器环形振荡器的图示，其具有另一种逻辑门结构，用来生成非重叠的六相位本地振荡器信号，频率为本地振荡器的两倍；
[0034]图11示出由图9或图10中的电路所生成的六相位本地振荡器输出的波形，以及环形振荡器的三个反相器的输出；
[0035]图12为一种三反相器环形振荡器的图示，其具有逻辑门结构，用于生成非重叠三相位本地振荡器信号，频率为本地振荡器的两倍；
[0036]图13示出由图12的电路生成的三相位本地振荡器输出的波形，以及环形振荡器的三个反相器的输出；以及
[0037]图14为一种用来将三相位混频器输出转换为四相位正交信号的电路图。
【具体实施方式】
[0038]如图1所示，示出了一种环形振荡器10，其包括第一反相器1、第二反相器2和第三反相器3。反相器1、2、3串联，其中第一反相器1的输出连接到第二反相器2的输入，第二反相器2的输出连接到第三反相器3的输入。第三反相器3的输出连接到第一反相器1的输入。连接在每个反相器1、2、3的输出与地之间的是容性负载CL，以及每个反相器被提供一个偏置电压Vtune。环形振荡器10的频率可以通过调节偏置电压Vtune及/或容性负载CL得以改变。例如，环形振荡器10的频率可以通过在每个反相器1、2、3上增大容性负载CL的大小或者通过减小偏置电压Vtune来得到减小。
[0039]图1还包括图样15，显示的是在各个反相器的输入11、12、13上的模拟电压21、22,23ο负载电容器CL连接到反相器11、12、13每一个的输出，当反相器开关时，负载电容CL被充电和放电。模拟电压21、22、23可以以阈值电压16为参考而被转换为数字波形31、32、33(例如使用逻辑门)。来自每个反相器1、2、3的输出的数字波形31、32、33的频率等于环形振荡器的频率，并具有50%的占空比。在此情况下，由于反相器1、2、3和它们相应的容性负载CL名义上相同，波形31、32、33各自在相位上相差120°，从而波形31为0°，波形33为120°，波形32为240°。
[0040]为了在混频器中可以使用，(在一些情况下)有必要产生非重叠多相振荡器信号。这可以通过对各个反相器1、2、3的输出电压进行逻辑运算来得到。
[0041]图2和图3各自显示的是多相本地振荡器20，包括环形振荡器10和逻辑门结构17。逻辑门17连接到环形振荡器10的三个反相器1、2、3的输出。逻辑门17配置为生成输出41、42、43，输出41、42、43包括三个非重叠的相位0°、120。和240。，并具有l/η的占空比(其中η为反相器的数目，例如在本实施方式中为3)。
[0042]在图2中，第一与门4具有连接到反相器1的输出11的正相输入，以及连接到反相器3的输出13的反相输入。第二与门5具有连接到反相器3的输出13的正相输入，以及连接到反相器2的输出12的反相输入。第三与门6具有连接到反相器2的输出12的正相输入，以及连接到反相器1的输出11的反相输入。
[0043]图3中示出了类似的结构，但每一个与门都由与非门替代，而且输入信号也被交换，从而正相输出变为反相输入，而反相输入则变为正相输入。第一与非门4a具有连接到反相器1的输出11的反相输入，以及连接到反相器3的输出13的正相输入。第二与非门5a具有连接到反相器3的输出13的反相输入，以及连接到反相器2的输出12的正相输入。第三与非门6a具有连接到反相器2的输出12的反相输入，以及连接到反相器1的输出11的正相输入。该结构在功能上与图2中结构相同，从而在相应的逻辑门4、4a，5、5a，6、6a上得到相同的输出波形。
[0044]图2和图3的实施方式中所示的特定的逻辑门的结构仅为示例，可以想见的是其他可选的结构也可以实现相似的结果。
[0045]在环形振荡器中反相器的数目可能不同。可以包括偶数个反相器，或者奇数个。反相器的数目可以是5、7、9、11、13、15，或者更多。
[0046]图4所示的是各个与门4、5、6(以及与非门4a、5a、6a)的输出41、42、43的输出波形34、35、36与反相器1、2、3的数字电压。
[0047]图5所示的是一种变频器50，其包括天线56，低噪声放大器(LNA) 57，本地振荡器20，混频器开关51、52、53，中频(IF)放大器54，以及三相位模数转换器(ADC)55。
[0048]天线56接收射频(RF