CN104753467B - 实现功耗随增益控制变化的上变频器 - Google Patents

Abstract

本发明提出通过一种实现功耗随增益控制变化的上变频器，其特征在于：包括一电流控制器，具有获取增益控制信号的若干输入端，及产生电流输出的若干输出端，用于根据不同的增益控制信号对应输出不同电流至电流偏置阵列；一电流偏置阵列，由若干电流偏置电路组成，各电流偏置电路根据其所获取的输入电流产生若干路相同的偏置电流，所述偏置电流输出至放大及本振开关阵列；一放大及本振开关阵列，由若干放大及本振开关电路组成，各放大及本振开关电路的输出端连接至负载；以及与放大及本振开关阵列输出端对应的一个或多个负载。本发明的目的在于实现在不同增益模式下上变频器的电流不同，从而降低了上变频混频器在低增益模式下的功耗。

Description

实现功耗随增益控制变化的上变频器

技术领域

本发明涉及射频发射装置中的上变频器，具体涉及一种实现功耗随增益控制变化的上变频器。

背景技术

上变频器是射频发射机中不可缺少是重要电路，其作用在于将低频信号转换成射频信号，同时实现对发射通道的增益控制。

目前，在上变频器中实现增益控制是采用在其负载上加入衰减器的方式来实现的，通过数字信号控制衰减器的开关来实现上变频器的增益变化，如图1所示。具体为，假设所有衰减器关闭，上变频器初始增益为G、负载阻抗为R、衰减器1阻抗为R1、衰减器2阻抗为R2及衰减器N阻抗为Rn。则当衰减器1打开其他衰减器关闭时，上变频器增益为G*R*R1/(R1+R)；当衰减器2打开其他衰减器关闭时，上变频器增益为G*R*R2/(R2+R)；当衰减器N打开其他衰减器关闭时，上变频器增益为G*R*Rn/(Rn+R)。通过选择不同衰减器的阻抗就可以完成对上变频器增益进行控制。

现有方案的结构存在非常明显的缺点：其增益控制是靠负载的变化实现的，这就导致在不同增益下上变频器所消耗的电流是不变的，即在不同的增益下上变频器的功耗是不变的，这种实现方法不利于上变频器功耗的降低，而且还会造成发射系统的线性恶化。

发明内容

针对背景技术中所提及的问题，本发明提出通过一种实现功耗随增益控制变化的上变频器，目的在于实现在不同增益模式下上变频器的电流不同，从而降低了上变频混频器在低增益模式下的功耗。

本发明所采用的技术方案如下：

一种实现功耗随增益控制变化的上变频器，包括

一电流控制器，具有获取增益控制信号的若干输入端，及产生电流输出的若干输出端，用于根据不同的增益控制信号对应输出不同电流至电流偏置阵列；

一电流偏置阵列，由若干电流偏置电路组成，各电流偏置电路根据其所获取的输入电流产生若干路相同的偏置电流，所述偏置电流输出至放大及本振开关阵列；

一放大及本振开关阵列，由若干放大及本振开关电路组成，各放大及本振开关电路的输出端连接至负载；以及

与放大及本振开关阵列输出端对应的一个或多个负载。

于本发明的一个或多个实施例中，所述电流控制器的各输出端分别与电流偏置阵列的各电流偏置电路相对应，其根据增益控制信号择一激活对应的电流偏置电路，所述各电流偏置电路与放大及本振开关阵列的各放大及本振开关电路一一对应。

于本发明的一个或多个实施例中，所述电流控制器连接外电路的电压输入与电流输入，其包括N型电流镜像对管M0、M1，由P型电流镜像对管S0-SN组成的电流镜像对管阵列，由开关T1-TN组成的电流开关阵列，及滤波电容C1、C2；

所述N型电流镜像对管M0、M1的基极\栅极相连，构成镜像电路结构；所述N型电流镜像对管M0连接至所述外电路的电流输入，N型电流镜像对管M1连接所述P型电流镜像对管S0，所述N型电流镜像对管M0、M1的基极\栅极由滤波电容C1接地；

所述电流镜像对管阵列中的P型电流镜像对管S0-SN分别连接至所述外电路的电压输入，P型电流镜像对管S0的基极\栅极与P型电流镜像对管S1-SN的基极\栅极分别相连，构成镜像电路结构；于P型电流镜像对管S0的基极\栅极与电压输入之间接有所述滤波电容C2；

所述电流镜像对管S1-SN分别与所述电流开关阵列的开关T1-TN对应串联，由所述增益控制信号控制各开关T1-TN的通断。

于本发明的一个或多个实施例中，所述电流偏置电路包括电流镜像管Mn2，电流输出管Mn3、Mn4、Mn5、Mn6，滤波电容Ccn及开关管Bbn，其中，n为电流偏置电路的编号；

所述电流镜像管Mn2连接电流控制器的输出端，其基极\栅极与电流输出管Mn3、Mn4、Mn5、Mn6的基极\栅极分别相连，构成镜像电路结构，各电流输出管Mn3、Mn4、Mn5、Mn6分别产生偏置电流输出；所述电流镜像管Mn2的基极\栅极由滤波电容Ccn接地；

所述开关管Bbn为阵列选择开关，连接于电流镜像管Mn2的基极\栅极与地端之间，其由增益控制信号控制其通断。

于本发明的一个或多个实施例中，所述放大及本振开关电路具有接外电路的LO_I正输入端、LO_I负输入端，LO_Q正输入端、LO_Q负输入端，BB_I正输入端、BB_I负输入端，BB_Q正输入端、BB_Q负输入端,以及正输出端与负输出端，其包括开关管Cn1、Cn2、Cn3、Cn4、Cn5、Cn6、Cn7、Cn8，放大管An1、An2、An3、An4，和若干负反馈电阻Rn；

所述开关管Cn1一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An1；所述开关管Cn2一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An1；所述开关管Cn3一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An2；所述开关管Cn4一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An2；所述开关管Cn5一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An3；所述开关管Cn6一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An3；所述开关管Cn7一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An4；所述开关管Cn8一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An4；

所述开关管Cn1和Cn4的基极\栅极连接至所述LO_I正输入端，所述开关管Cn2和Cn3的基极\栅极连接至所述LO_I负输入端，所述开关管Cn5和Cn8的基极\栅极连接至所述LO_Q正输入端，所述开关管Cn6和Cn7的基极\栅极连接至所述LO_Q负输入端；所述放大管An1的基极\栅极连接至所述BB_I正输入端，所述放大管An2的基极\栅极连接至所述BB_I负输入端，所述放大管An3的基极\栅极连接至所述BB_Q负输入端，所述放大管An4的基极\栅极连接至所述BB_Q正输入端。

本发明与现有技术相比，其优越性体现在：通过不同的偏置电流电路、放大及本振开关电路来实现对应不同增益模式下的偏置电流，即在高增益模式下采用大电流，而在低增益模式下采用小电流，这样就可以实现上变频器在不同增益模式下消耗的电流不同，即上变频器在不同的增益模式下消耗的功耗不同，有利于上变频器功耗的降低。

附图说明

图1为现有的上变频器的增益控制的实现框架示意图。

图2为本发明的上变频器的组成框架示意图。

图3为本发明的电流控制器的实施电路。

图4为本发明的电流偏置阵列中的电流偏置电路。

图5为本发明的放大及本振开关阵列的放大及本振开关电路。

具体实施方式

如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：

如图2所示，一种实现功耗随增益控制变化的上变频器，包括

一电流控制器，具有获取增益控制信号的若干输入端，及产生电流输出的若干输出端，用于根据不同的增益控制信号对应输出不同电流至电流偏置阵列；

一电流偏置阵列，由若干电流偏置电路组成，各电流偏置电路根据其所获取的输入电流产生若干路相同的偏置电流，所述偏置电流输出至放大及本振开关阵列；

一放大及本振开关阵列，由若干放大及本振开关电路组成，各放大及本振开关电路的输出端连接至负载RL；以及

与放大及本振开关阵列输出端对应的一个或多个负载RL。

所述电流控制器的各输出端分别与电流偏置阵列的各电流偏置电路相对应，其根据增益控制信号择一激活对应的电流偏置电路，所述各电流偏置电路与放大及本振开关阵列的各放大及本振开关电路一一对应。

如图3所示，所述电流控制器连接外电路的电压输入与电流输入，其包括N型电流镜像对管M0、M1，由P型电流镜像对管S0-SN组成的电流镜像对管阵列，由开关T1-TN组成的电流开关阵列，及滤波电容C1、C2；

所述N型电流镜像对管M0、M1的基极\栅极相连，构成镜像电路结构；所述N型电流镜像对管M0连接至所述外电路的电流输入，N型电流镜像对管M1连接所述P型电流镜像对管S0，所述N型电流镜像对管M0、M1的基极\栅极由滤波电容C1接地；

所述电流镜像对管阵列中的P型电流镜像对管S0-SN分别连接至所述外电路的电压输入，P型电流镜像对管S0的基极\栅极与P型电流镜像对管S1-SN的基极\栅极分别相连，构成镜像电路结构；于P型电流镜像对管S0的基极\栅极与电压输入之间接有所述滤波电容C2；

所述电流镜像对管S1-SN分别与所述电流开关阵列的开关T1-TN对应串联，由所述增益控制信号控制各开关T1-TN的通断。

于上述方案中，电流镜像对管M0、M1的作用在于将输入电流I以同比例镜像到P型电流镜像对管阵列,镜像所得的电流通过P型电流镜像对管S0再以一定比例分别镜像到P型电流镜像对管S1-SN中，其中，电流的镜像比例与输P型电流镜像对管S0和S1-SN的管子尺寸有关。

具体计算方法为：输出电流In＝输入电流I*n/N，n/N为P型电流镜像对管S1-SN和S0尺寸的比值。

所述滤波电容C1、C2滤除电流的高频噪声，得到低噪声的输出电流。

如图4所示，所述电流偏置电路包括电流镜像管Mn2，电流输出管Mn3、Mn4、Mn5、Mn6，滤波电容Ccn及开关管Bbn，其中，n为电流偏置电路的编号；

下面以第一组(n＝1)电流偏置电路为例：

所述电流镜像管M12连接电流控制器的输出端，其基极\栅极与电流输出管M13、M14、M15、M16的基极\栅极分别相连，构成镜像电路结构，各电流输出管M13、M14、M15、M16分别产生偏置电流输出I11、I12、I13和I14；所述电流镜像管Mn2的基极\栅极由滤波电容Cc1接地；

所述开关管Bb1为阵列选择开关，连接于电流镜像管M12的基极\栅极与地端之间，其由增益控制信号控制其通断。

上述方案中，所述电流镜像管M12获取电流控制器的电流输出，并将电流以同比例镜像到M13、M14、M15、M16中，电流输出管M13、M14、M15、M16为与其相连的放大及本振开关阵列的放大及本振开关电路提供偏置电流I11、I12、I13和I14。

所述开关管Bb1开启时，即本电流偏置电路工作，产生偏置电流输出；所述开关管Bb1时，即本电流偏置电路不工作，电路无输出。

所述滤波电容Cc1的作用在于滤除输入电流的高频噪声，降低输出电流的噪声。

如图5所示，所述放大及本振开关电路具有接外电路的LO_I正输入端、LO_I负输入端，LO_Q正输入端、LO_Q负输入端，BB_I正输入端、BB_I负输入端，BB_Q正输入端、BB_Q负输入端,以及正输出端与负输出端，其包括开关管Cn1、Cn2、Cn3、Cn4、Cn5、Cn6、Cn7、Cn8，放大管An1、An2、An3、An4，和若干负反馈电阻Rn；

下面以与上述第一组(n＝1)电流偏置电路对应的第一组(n＝1)放大及本振开关电路为例：

所述开关管C11一端连接所述正输出端，另一端连接放大管A11；所述开关管C12一端连接所述负输出端，另一端连接放大管A11；所述开关管C13一端连接所述正输出端，另一端连接放大管A12；所述开关管C14一端连接所述负输出端，另一端连接放大管A12；所述开关管C15一端连接所述正输出端，另一端连接放大管A13；所述开关管C16一端连接所述负输出端，另一端连接放大管A13；所述开关管C17一端连接所述正输出端，另一端连接放大管A14；所述开关管C18一端连接所述负输出端，另一端连接放大管A14；

所述开关管C11和C14的基极\栅极连接至所述LO_I正输入端，所述开关管C12和C13的基极\栅极连接至所述LO_I负输入端，所述开关管C15和C18的基极\栅极连接至所述LO_Q正输入端，所述开关管C16和C17的基极\栅极连接至所述LO_Q负输入端；所述放大管A11的基极\栅极连接至所述BB_I正输入端，所述放大管A12的基极\栅极连接至所述BB_I负输入端，所述放大管A13的基极\栅极连接至所述BB_Q负输入端，所述放大管A14的基极\栅极连接至所述BB_Q正输入端。

所述放大管A11与电流输出管M13连接，以获取偏置电流I11，所述放大管A12与电流输出管M14连接，以获取偏置电流I12，所述放大管A13与电流输出管M15连接，以获取偏置电流I13，所述放大管A14与电流输出管M16连接，以获取偏置电流I14。所述放大管A11、A12的偏置电流输入一端之间设有两个负反馈阻抗R1，所述放大管A13、A14的偏置电流输入一端之间设有两个负反馈阻抗R1。

上述方案中，所述放大及本振开关电路将互为正交的频率信号(BB_I正、BB_I负、BB_Q正、BB_Q负)上变频为F(LO+BB)的频率信号，并在电流控制器的作用下，形成一系列不同的增益输出，其增益由接于放大及本振开关电路正、负输出端的负载RL决定，具体增益值为RL/R1。同样的，放大及本振开关阵列中其余的放大及本振开关电路的增益分别为RL/Rn,n＝1,2...。

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种实现功耗随增益控制变化的上变频器，其特征在于：包括

一电流控制器，具有获取增益控制信号的若干输入端，及产生电流输出的若干输出端，用于根据不同的增益控制信号对应输出不同电流至电流偏置阵列；

一电流偏置阵列，由若干电流偏置电路组成，各电流偏置电路根据其所获取的输入电流产生若干路相同的偏置电流，所述偏置电流输出至放大及本振开关阵列；

一放大及本振开关阵列，由若干放大及本振开关电路组成，各放大及本振开关电路的输出端连接至负载；以及

与放大及本振开关阵列输出端对应的一个或多个负载；

所述电流控制器的各输出端分别与电流偏置阵列的各电流偏置电路相对应，其根据增益控制信号择一激活对应的电流偏置电路，所述各电流偏置电路与放大及本振开关阵列的各放大及本振开关电路一一对应；

所述电流控制器连接外电路的电压输入与电流输入，其包括N型电流镜像对管M0、M1，由P型电流镜像对管S0-SN组成的电流镜像对管阵列，由开关T1-TN组成的电流开关阵列，及滤波电容C1、C2；

所述N型电流镜像对管M0、M1的基极\栅极相连，构成镜像电路结构；所述N型电流镜像对管M0连接至所述外电路的电流输入，N型电流镜像对管M1连接所述P型电流镜像对管S0，所述N型电流镜像对管M0、M1的基极\栅极由滤波电容C1接地；

所述电流镜像对管阵列中的P型电流镜像对管S0-SN分别连接至所述外电路的电压输入，P型电流镜像对管S0的基极\栅极与P型电流镜像对管S1-SN的基极\栅极分别相连，构成镜像电路结构；于P型电流镜像对管S0的基极\栅极与电压输入之间接有所述滤波电容C2；

所述电流镜像对管S1-SN分别与所述电流开关阵列的开关T1-TN对应串联，由所述增益控制信号控制各开关T1-TN的通断；

所述放大及本振开关电路具有接外电路的LO_I正输入端、LO_I负输入端，LO_Q正输入端、LO_Q负输入端，BB_I正输入端、BB_I负输入端，BB_Q正输入端、BB_Q负输入端,以及正输出端与负输出端，其包括开关管Cn1、Cn2、Cn3、Cn4、Cn5、Cn6、Cn7、Cn8，放大管An1、An2、An3、An4，和若干负反馈电阻Rn；

所述开关管Cn1一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An1；所述开关管Cn2一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An1；所述开关管Cn3一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An2；所述开关管Cn4一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An2；所述开关管Cn5一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An3；所述开关管Cn6一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An3；所述开关管Cn7一端连接所述正输出端，另一端连接放大管An4；所述开关管Cn8一端连接所述负输出端，另一端连接放大管An4；

所述开关管Cn1和Cn4的基极\栅极连接至所述LO_I正输入端，所述开关管Cn2和Cn3的基极\栅极连接至所述LO_I负输入端，所述开关管Cn5和Cn8的基极\栅极连接至所述LO_Q正输入端，所述开关管Cn6和Cn7的基极\栅极连接至所述LO_Q负输入端；所述放大管An1的基极\栅极连接至所述BB_I正输入端，所述放大管An2的基极\栅极连接至所述BB_I负输入端，所述放大管An3的基极\栅极连接至所述BB_Q负输入端，所述放大管An4的基极\栅极连接至所述BB_Q正输入端。

2.根据权利要求1所述的实现功耗随增益控制变化的上变频器，其特征在于：所述电流偏置电路包括电流镜像管Mn2，电流输出管Mn3、Mn4、Mn5、Mn6，滤波电容Ccn及开关管Bbn，其中，n为电流偏置电路的编号；

所述电流镜像管Mn2连接电流控制器的输出端，其基极\栅极与电流输出管Mn3、Mn4、Mn5、Mn6的基极\栅极分别相连，构成镜像电路结构，各电流输出管Mn3、Mn4、Mn5、Mn6分别产生偏置电流输出；所述电流镜像管Mn2的基极\栅极由滤波电容Ccn接地；

所述开关管Bbn为阵列选择开关，连接于电流镜像管Mn2的基极\栅极与地端之间，其由增益控制信号控制其通断。