[发明专利]一种低功耗低杂散的正交输入正交输出二分频器

说明书

技术领域

本发明属于射频无线接收机集成电路技术领域，具体涉及一种应用于无线接收机集成电路中的正交输入正交输出分频器(Quadrature Input Quadrature Output Frequency Divider)的设计，可实现对高频信号的二分频。

背景技术

随着现代信息技术的发展，对无线通信技术的高数据率和大的带宽要求越来越强烈，这促使人们不断去开发更高的频带资源和研究超高频的无线通信技术。与此同时，在现代集成电路向系统芯片方向发展的必然趋势下，低功耗设计已成为各种通信系统对电路设计的必然要求。随着系统性能要求的不断提高，对分频器的谐波抑制效果要求也在不断提高。在这种背景下，对高频低功耗，具有谐波抑制效果的分频器研究与设计无疑有着重要的意义。正交输入输出二分频器利用米勒(Miller)除法器的原理，通过将输出信号反馈到单边带混频器，完成对输入信号的二分频。并且正交输入输出分频器具有非常好的三次谐波抑制效果。正交输入输出分频器比较稳定，对工艺偏差及温度偏差不敏感。然而，正交输入正交输出分频器的缺点在于它的工作频率范围有限。

发明内容

针对当前源级耦合逻辑分频器不能处理正交信号的缺点，本发明的目的在于提出一种工作频率范围大，功耗小的正交输入正交输出二分频器，以实现该分频器在频率综合器系统中的实际应用价值。

本发明提出的正交输入正交输出二分频器，其电路结构如图1所示，该正交输入正交输出二分频器主要包括以下四部分：可变负载级，跨导级，混频级和可变电流源偏置电路。电路的主体结构由跨导级和混频级组成，跨导级将输入电压信号转变为电流信号，与输出信号在混频器级完成分频功能，最后通过负载级输出；偏置电路由两个NMOS晶体管组成。

本发明提出的正交输入正交输出二分频器电路的连接关系如下：PMOS晶体管M35-M49的漏端连接到电源VDD，源端分别连接到电阻R1-R12的一端；其中，电阻R1-R3的另一端连接到输出端OUTI，电阻R4-R6的另一端连接到输出端OUTIB，电阻R7-R9的另一端连接到输出端OUTQB，电阻R10-R12的另一端连接到输出端OUTQ；输出端OUTI连接到混频器级的NMOS管M19的漏端和栅端，M21的漏端，M22的栅端，M27的漏端，M29的漏端，M31的栅端和M34的栅端；输出端OUTIB连接到混频器级的NMOS管M20的栅端和漏端，M21的栅端，M22的漏端，M28的漏端，M30的漏端，M32的栅端和M33的栅端；输出端OUTQB连接到混频器级的NMOS管M23的漏端，M24的栅端，M25的栅端和漏端，M28的栅端，M29的栅端，M32的漏端，M34的漏端；输出端OUTQ连接到混频器级的NMOS管M23的栅端，M24的漏端，M26的栅端和漏端，M27的栅端，M30的栅端，M31的漏端，M33的漏端；NMOS管M19，M20，M23和M24的源端接到跨导级的NMOS管M25的漏端；NMOS管M21，M22，M25和M26的源端接到跨导级的NMOS管M26的漏端；NMOS管M27，M28，M31和M32的源端接到跨导级的NMOS管M17的漏端；NMOS管M27，M28，M29和M30的源端接到跨导级的NMOS管M2的漏端；NMOS管M2，M6，M10和M14的漏端接到电流偏置电路NMOS管M2的漏端；NMOS管M2的栅端连接到NMOS晶体管M1的栅端和漏端构成电流镜，NMOS晶体管M1的漏端直接连接到外部的电流源，NMOS管M2和M1的源端接到地VSS；NMOS管M2，M6，M10和M14构成可变电流源，NMOS管M3和M5漏端连接到NMOS管M2的栅端，NMOS管M3和M5的源端连接到NMOS管M4的漏端和M6的栅端，NMOS管M4的源端连接到地VSS；NMOS管M7和M9漏端连接到NMOS管M2的栅端，NMOS管M7和M9的源端连接到NMOS管M8的漏端和M10的栅端，NMOS管M8的源端连接到地VSS；NMOS管M11和M13漏端连接到NMOS管M2的栅端，NMOS管M11和M13的源端连接到NMOS管M12的漏端和M14的栅端，NMOS管M12的源端连接到地VSS。输入信号经过隔直电容C1-C4后，被电阻R5-R8偏置后输入到跨导级。

已有米勒除法器结构相比较，本发明的主要改进在于，对分频器输入方式和反馈方式的改进，实现正交差分输入，并显著提高了二分频电路对三次谐波的抑制作用，以下将做具体介绍。