[发明专利]一种低功耗高增益的下混频器

说明书

技术领域

本发明涉及各类无线发射机中的变频电路，尤其是一种低功耗高增益的下混频器，可以应用于射频收发芯片，例如无线局域网（WLAN）、无线传感网（WSN）、全球定位系统（GPS）、射频识别系统（RFID）、蓝牙系统、移动通信系统、移动数字电视（CMMB，TMMB）等收发芯片中。 

背景技术

下混频器一般用作各类无线接收机的变频电路，其功能是将高频信号转换为利于信号处理的低频信号，对于绝大多数的射频接收系统来说，下混频器是一个必不可少的模块。为了延长系统电池使用寿命，希望接收机中各模块降低功耗，并且在降低功耗的基础上，下混频器需提供一定或者更高的电压增益。设计一款低功耗高增益的下混频器IP核具有较为广泛的应用前景和应用价值。 

传统的吉尔伯特混频器广泛应用于下混频器的设计中，主要原因是其具有一定的增益和较大的隔离度，传统的吉尔伯特混频器电路如图1所示。通过调节M1及其偏置可控制电路电流大小。差分射频信号从M2、M3的栅极输入，改变M2与M3的大小及其偏置可调节混频器跨导g_m，再调节负载电阻R5和R6的大小，可获得不同的电压增益。M4-M7为开关管，通过调节其大小及其偏置电压，并且在其栅极输入差分的本振信号，可使它们工作在开关状态，实现本振信号与从M2和M3放大过来的射频信号进行混频。该结构具有一定的增益以及较高的隔离度。但是传统的吉尔伯特混频器具有以下缺点： 

第一是功耗大，为了使混频器电路有一定的增益，以满足系统需求，其电流需达到毫安级。 

第二是增益低，传统吉尔伯特混频器的增益很大程度上取决于跨导管跨导的大小和负载阻抗的大小，但是在低功耗的情况下，跨导管的跨导会很小，增大普通电阻负载带来的增益提升也很有限。 

第三是噪声系数大，传统吉尔伯特混频器从栅端输入信号，从栅端看进去的输入阻抗很大，与前级电路输出阻抗（通常为一百多欧姆）或50欧姆匹配程度差，致使噪声系数较大，难以满足系统需要。 

发明内容

本发明的目的是为克服传统的吉尔伯特下混频器的不足，提出一种低功耗高增益的下混频器，能够在降低电路功耗的同时，提高电路增益，降低噪声系数。 

本发明采取的技术方案如下：一种低功耗高增益的下混频器，其特征在于：设有电流源单元、输入跨导单元、开关单元以及负载单元，电流源单元的输出连接输入跨导单元，输入跨导单元放大射频信号并通过两对交叉耦合增强信号，然 后输出至开关单元，开关单元的输出连接负载单元，负载单元通过正反馈进一步增强输出信号，差分中频输出信号从负载单元与开关单元之间输出，射频输入信号从输入跨导单元与电流源单元之间输入，本振输入信号输入至开关单元，其中： 

电流源单元包括NMOS管M1和NMOS管M2，NMOS管M1和NMOS管M2的源极接地，栅极连接偏置电压V_b1； 

输入跨导单元包括NMOS管M3、NMOS管M4、电容C₁、电容C₂、电阻R₁和电阻R₂，NMOS管M3和NMOS管M4的源极分别与电流源单元的NMOS管M1和NMOS管M2的漏极以及差分射频输入信号的正负两端连接，NMOS管M3的源极通过电容C₂连接至NMOS管M4的栅极，NMOS管M4的源极通过电容C₁连接至NMOS管M3的栅极，NMOS管M3的衬底连接至NMOS管M4的源极，NMOS管M4的衬底连接至NMOS管M3的源极，偏置电压V_b2通过串联电阻R₁连接至NMOS管M3的栅极，偏置电压V_b2通过串联电阻R₂连接至NMOS管M4的栅极；