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：
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种低噪声下变频混频 器和一种直接下变频接收器。
背景技术：
在现代无线通讯设备中，直接下变频接收器(Direct Down Conversion Receiver)因其成本^氐、功肆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妄下变频冲妻收器的混频器通 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 由输入级跨导管M1 、 M 2转换为电流信号，再经两个开关管对(M 3 、 M4, M5、 M6)下变频到中频或基带，最后由负载电阻R1、 R2方文 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接下变频接收器 中闪烁噪声的主要贡献源，难以满足直接下变频接收器对于闪烁噪 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4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 切才灸对开关管的共源才及寄生电容Cp进4亍反复充方文电，/人而在共源 才及A点上形成一个电流，喿声，其p桑声水平与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11和电流源12降<氐通过开关管的电流，乂人而 降低混频器的闪烁噪声。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技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。
发明内容
本发明旨在提供一种低噪声下变频混频器，能够解决现有技术 的下变频混频器闪烁噪声较大的问题。
在本发明的实施例中，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，用于对巴由所述 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4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3各，用于4氐消开关管对M3和M4的共源^L A点和/或开关管3于M5和M6的共源才及B点的寄生电容。优选地，容性阻抗电^各包括反相器Ul、开关管M11及电容器 Csl，反详目器Ul i殳置于开关管^f 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的片册才及之间；开关管Mil 的漏极分别与开关管对M3和M4的共源极A点或开关管对M5和 M6的共源极B点相连；电容器Csl设置于开关管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的漏才及分别 与开关管7于M3和M4与开关管2于M5和M6的共源4及A点和B点 相连；开关管M7和开关管M8的栅4及和漏拟 波此交叉相连；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的源才及与;也之间。
4尤选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的一册才及连冲妄偏置电流源，其源才及分别与参考电压 VDD相连，其漏才及分别与开关管M7和开关管M8的源才及相连。
优选地，上述开关管为CMOS管。
在本发明的实施例中，提供了一种直接下变频接收器，其包括 上述4壬一种混频器。
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 变频接收器，其通过在混频器开关管共源极上连接具有容性输入阻 抗特性的电路，来抵消该点的寄生电容，从而抑制闪烁噪声。
此处所说明的附图用来才是供对本发明的进一步理解，构成本申 请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并
不构成对本发明的不当限定。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示出了根据本发明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^各图4示出了根据本发明一个实施例的容性阻抗电路L1和容性 阻抗电路L2的单端源极电容退化实现形式电路图5示出了根据本发明一个实施例的容性阻抗电路Ll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示出了根据本发明一个实施例的吉尔伯特型混频器的电路图。
具体实施例方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细i兌明本发明。
图3所示为本发明的包含容性阻抗电路的吉尔伯特型混频器的 电^各图，包括转换电路，其包括构成差分电路的开关管Ml和开关管M2， 用于^fe射频电压信号转换为电流信号；
下变频电^各，其包括构成差分电^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；以及
容性阻抗电路L1和容性阻抗电路L2，用于4氏消所述开关管对 M3和M4与开关管对M5和M6的共源才及A点和B点的寄生电容 (即图3中的Cpl详口Cp2)。
该实施例的容性阻抗电路L1和容性阻抗电路L2在开关管共源 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^氐混频器的闪烁噪 声水平，因此实现了有效的噪声消除电路。
在电3各工作带宽内，其/人|#入点A点或B点看进去的车ir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， 可以使容性输入阻抗与共源极寄生电容Cp 1和寄生电容Cp2恰好抵 消，达到显著提高混频器的闪烁噪声抑制能力的目的。
图4示出了根据本发明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U1、开关管M11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4及B点与开关管Mil的棚-4及之间；
8开关管Mil的漏才及与开关管^fM3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设置于开关管Mll的源极与地之间。
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的共源一及B点。
^f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和开关管Mil为CMOS管。
图5示出了根据本发明一个实施例的容性阻抗电路的差分源极 电容退化实现形式电^各图，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
开关管M7和开关管M8的漏才及分别与开关管对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的栅4及和漏扨J皮此交叉相连；
电容器Cs， i殳置于所述开关管M7和开关管M8的源4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4及与;也之间。
图5的电路中开关管M7和开关管M8为差分跨导放大管，其 冲册才及和漏4及;波此交叉连4妄形成差分输入点。两个对地源4及退化电容 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: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、开关管M7和开关管M8为CMOS管。
图6示出了根据本发明一个实施例的吉尔伯特型混频器的电路 图，包括转换电路，其包括构成差分电路的开关管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^各的开关管对M3和M4与开关管只于M5和M6,用于对巴由 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^各的电阻R1和电阻R2，用于^夸下变频后的电流〗言号转 变为电压〗言号；容性阻抗电^各，用于纟氏消开关管对M3和M4与开 关管对M5和M6的共源4及A和B点的寄生电容Cpl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4册4及与偏置电i 各相连形成电流源， 其源一及分别与参考电压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4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4匕电 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及分别与开关管只于M3和M4与 开关管对M5和M6的共源才及A和B点相连。^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、开关管M7、开关管M8、开关管M9和 开关管M10为CMOS管。
该实施例给出了图5中的偏置电流源II和12的实现方式。
在图3-6中，开关管为P沟道MOS管或N沟道MOS管。但 本发明并不限定与此，在本发明的其他实施例中，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。
在本发明的实施例中，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^妄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接具有容性输入 阻抗特性的电^各，来^氐消该点的寄生电容，/人而抑制混频器闪烁p喿 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^各合并，不会为混频器引入额外的功库毛，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，而本发明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。
ii
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M3和M4与共源极开关管对M5和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。
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U1、开关管Mil以及电容器Csl，其中所述反相器Ul i殳置于所述共源纟及A点或B点与所述开 关管Mil的4册才及之间；所述开关管Mil的漏极分别与所述共源极A点或所述共 源才及B点冲目连；所述电容器C s li殳置于所述开关管M11的源才及与地之间。
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 性阻抗电路，所述两个容性阻抗电路分别连接所述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 ^各包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，其中所述开关管M7和开关管M8的漏4及分别与所述共源拟_ A、 B点相连，所述开关管M7和开关管M8的栅极和漏极彼所述电容器Cs,设置于所述开关管M7和开关管M8的 源才及之间；所述电流源II和电流源12,分别"i殳置于所述开关管M7 和开关管M8的源才及与i也之间。
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M10的4册才及连4妻偏置电流源 Vb，其源才及分别与参考电压VDD相连，其漏极分别与所述开 关管M7和开关管M8的源才及相连。
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-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-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。
全文摘要
本发明公开了一种混频器，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。本发明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H04B1/00GK101447793SQ20081022501
公开日2009年6月3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