[go: up one dir, main page]

CN109150112A - 超宽带可变增益混频器 - Google Patents

超宽带可变增益混频器 Download PDF

Info

Publication number
CN109150112A
CN109150112A CN201810861227.3A CN201810861227A CN109150112A CN 109150112 A CN109150112 A CN 109150112A CN 201810861227 A CN201810861227 A CN 201810861227A CN 109150112 A CN109150112 A CN 109150112A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nmos
pair
voltage
mixer
tubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810861227.3A
Other languages
English (en)
Inventor
刘洋
刘祎鹤
孙明远
刘爽
秦及贺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201810861227.3A priority Critical patent/CN109150112A/zh
Publication of CN109150112A publication Critical patent/CN109150112A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/14—Balanced arrangements
    • H03D7/1425—Balanced arrangements with transistors
    • H03D7/1458—Double balanced arrangements, i.e. where both input signals are differential
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183—Long tailed pairs
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超宽带可变增益混频器，属于混频器技术领域。本发明包括：放大级模块，用以放大射频输入信号以及实现良好的输入匹配；有源混频器电路，用以实现射频信号与本振信号的混频。本发明实现了射频信号的输入阻抗匹配，并可以通过控制电压控制负载，从而改变放大级电路增益的预放大级电路；形成带有负反馈电感，可以补偿电路寄生电容并改善混频器线性度的功耗较低的有源混频器电路。

Description

超宽带可变增益混频器
技术领域
本发明属于混频器技术领域，具体涉及一种超宽带可变增益混频器。
背景技术
随着无线通讯技术的发展，人们对前端接收系统的要求越来越高，超宽带技术可以很好地解决多种通讯协议以及多种工作模式相互兼容的问题，并且具有成本低、功耗小、传输速度快的特点，成为当今无线通讯技术中的研究热点。
超宽带前端接收系统主要包括低噪声放大器和混频器。低噪声放大器主要作用是放大射频输入信号并实现输入匹配。混频器的作用是接收被放大后的射频信号，并与本振信号进行混频，是前端收发系统中的重要部分。在设计混频器时，主要考虑的性能包括其转换增益、输入匹配性能、噪声以及线性度等问题。通常情况不需要考虑输入阻抗匹配，当混频器射频输入端与滤波器连接或作为分立模块使用时，需要进行输入阻抗匹配的设计。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种超宽带可变增益混频器，通过外部电压控制PMOS对管的阻抗值，可实现增益的连续变化。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种超宽带可变增益混频器，包括放大级模块和有源混频模块；
放大级模块采用差分共栅极连接形式，由NMOS放大对管MN1、MN2，PMOS对管MP1、MP2，负载电阻RP1、RP2和电感L1、L2构成；外部电压VB1为NMOS放大对管MN1、MN2提供栅电压，放大对管MN1、MN2的源级耦接到电感L1、L2并接地；PMOS对管MP1、MP2分别与电阻RP1、RP2并联作为共栅级放大电路的负载耦接到NMOS放大对管MN1、MN2的漏级；PMOS对管MP1、MP2的栅极电压由控制电压VC提供，源极连接电压VDD；射频输入信号RF+、RF-由NMOS放大对管MN1、MN2的源级输入，经差分共栅极放大电路放大后，通过电容耦接到有源混频器模块的输入端；
有源混频模块采用吉尔伯特双平衡混频器电路结构，由NMOS对管MN3～MN8、负载电阻RL1、RL2和电感L3、L4构成；放大级模块的输出电压与偏置电压VB2耦合，并耦接到NMOS对管MN3、MN4的栅极；NMOS对管MN3、MN4的源极接地；本振信号LO+、LO-分别耦接到NMOS对管MN5、MN8和MN6、MN7的栅极；负反馈电感L3、L4的两端分别连接NMOS对管MN5～MN8的源级和NMOS对管MN3、MN4的漏极；MN5、MN8的漏极分别通过负载电阻RL1、RL2与电压VDD相连；
NMOS管MN6、MN7的漏级输出混频后的信号。
放大级模块和混频模块的输入输出量都是电压。
射频信号RF+、RF-经放大级放大后的信号与本振信号LO+、LO-经有源混频器电路混频，由NMOS管MN6、MN7的漏级输出。
通过改变控制电压VC改变PMOS对管的阻抗值，实现控制放大级电路的负载值，进而改变放大级电路的增益。
负反馈电感L3、L4连接NMOS对管MN5～MN8的源级，可以实现补偿电路中的寄生电容并改善混频器线性度的功能。
放大级模块中，在控制电压VC改变PMOS对管的导通状态时，放大级输出节点的直流电位会有很大变化，为避免对有源混频器电路直流工作状态的影响，利用电容隔离放大级输出的直流分。
本振信号输入对管MN5～MN8的源端引入的负反馈电感L3和L4，一方面可以补偿电路中的寄生电容在高频时对转换增益的影响，另一方面可以改善混频器的线性度。负反馈电感几乎没有热噪声贡献，不会恶化混频器噪声系数，也不存在直流压降，适合低压低功耗设计。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种实现超宽频带范围内的超宽频带增益可调的混频器，放大级模块中，射频信号的输入阻抗匹配，并可以通过控制电压控制负载，从而改变放大级电路增益；混频器模块中带有负反馈电感，可以补偿电路寄生电容并改善混频器线性度的功耗较低的有源混频器电路。
附图说明
图1为超宽带可变增益混频器电路的功能框图；
图2为本发明所述超宽带可变增益混频器的电路结构示意图；
图3为本发明中放大级模块的电路结构示意图；
图4为本发明中混频器模块的电路结构示意图；
图5为实施例中混频器输入匹配参数S11的仿真结果图；
图6为实施例中混频器转换增益仿真曲线图；
图7为实施例中混频器噪声系数仿真曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例提供一种超宽带可变增益混频器，包括放大级模块和有源混频模块；
放大级模块采用差分共栅极连接形式，由NMOS放大对管MN1、MN2，PMOS对管MP1、MP2，负载电阻RP1、RP2和电感L1、L2构成；外部电压VB1为NMOS放大对管MN1、MN2提供栅电压，放大对管MN1、MN2的源级耦接到电感L1、L2并接地；PMOS对管MP1、MP2分别与电阻RP1、RP2并联作为共栅级放大电路的负载耦接到NMOS放大对管MN1、MN2的漏级；PMOS对管MP1、MP2的栅极电压由控制电压VC提供，源极连接电压VDD；射频输入信号RF+、RF-由NMOS放大对管MN1、MN2的源级输入，经差分共栅极放大电路放大后，通过电容耦接到有源混频器模块的输入端；
有源混频模块采用吉尔伯特双平衡混频器电路结构，由NMOS对管MN3～MN8、负载电阻RL1、RL2和电感L3、L4构成；放大级模块的输出电压与偏置电压VB2耦合，并耦接到NMOS对管MN3、MN4的栅极；NMOS对管MN3、MN4的源极接地；本振信号LO+、LO-分别耦接到NMOS对管MN5、MN8和MN6、MN7的栅极；负反馈电感L3、L4的两端分别连接NMOS对管MN5～MN8的源级和NMOS对管MN3、MN4的漏极；MN5、MN8的漏极分别通过负载电阻RL1、RL2与电压VDD相连；
NMOS管MN6、MN7的漏级输出混频后的信号。
放大级模块和混频模块的输入输出量都是电压。
射频信号RF+、RF-经放大级放大后的信号与本振信号LO+、LO-经有源混频器电路混频，由NMOS管MN6、MN7的漏级输出。
该电路在使用较少的元件的情况下可实现在3～20GHz超宽频内，增益可在5.6～14.8dB内连续可变的混频器电路。相比其他混频器电路，所需元件数目更少，因而可有效的减少芯片面积。
控制电压VC调节范围为0～1.2V，通过改变PMOS对管的栅电压控制PMOS对管的导通状态。
图5示出了混频器输入匹配参数S11的仿真结果，此电路在频带3～20GHz范围内，控制电压VC电压取值分别为0V、0.3V和1.2V时，S11始终保持在-10dB以下，即在可变的增益范围内该电路均可以实现良好的匹配性能。
图6为混频器转换增益仿真曲线。在频带3～20GHz范围内，控制电压VC电压取值分别为0V、0.3V和1.2V时，转换增益范围分别为11.8～14.8dB、9.7～12.1dB、5.6～6.7dB。理论上通过控制电压VC调整负载，可以实现转化增益在5.6～12.1dB的连续变化。
图7示出了超宽带可变增益混频器电路的噪声性能，控制电压VC＝1.2V时，混频器噪声为6.8～8.5dB；控制电压VC＝0V时，混频器噪声为12.8～13.3dB。

Claims (3)

1.一种超宽带可变增益混频器，其特征在于，包括放大级模块和有源混频模块；
放大级模块采用差分共栅极连接形式，由NMOS放大对管MN1、MN2，PMOS对管MP1、MP2，负载电阻RP1、RP2和电感L1、L2构成；外部电压VB1为NMOS放大对管MN1、MN2提供栅电压，放大对管MN1、MN2的源级耦接到电感L1、L2并接地；PMOS对管MP1、MP2分别与电阻RP1、RP2并联作为共栅级放大电路的负载耦接到NMOS放大对管MN1、MN2的漏级；PMOS对管MP1、MP2的栅极电压由控制电压VC提供，源极连接电压VDD；射频输入信号RF+、RF-由NMOS放大对管MN1、MN2的源级输入，经差分共栅极放大电路放大后，通过电容耦接到有源混频器模块的输入端；
有源混频模块采用吉尔伯特双平衡混频器电路结构，由NMOS对管MN3～MN8、负载电阻RL1、RL2和电感L3、L4构成；放大级模块的输出电压与偏置电压VB2耦合，并耦接到NMOS对管MN3、MN4的栅极；NMOS对管MN3、MN4的源极接地；本振信号LO+、LO-分别耦接到NMOS对管MN5、MN8和MN6、MN7的栅极；负反馈电感L3、L4的两端分别连接NMOS对管MN5～MN8的源级和NMOS对管MN3、MN4的漏极；MN5、MN8的漏极分别通过负载电阻RL1、RL2与电压VDD相连；
NMOS管MN6、MN7的漏级输出混频后的信号。
2.根据权利要求1所述的超宽带可变增益混频器，其特征在于，放大级模块和混频模块的输入输出量都是电压。
3.根据权利要求1所述的超宽带可变增益混频器，其特征在于，通过改变控制电压VC改变PMOS对管的阻抗值，实现控制放大级电路的负载值，进而改变放大级电路的增益。
CN201810861227.3A 2018-08-01 2018-08-01 超宽带可变增益混频器 Pending CN109150112A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810861227.3A CN109150112A (zh) 2018-08-01 2018-08-01 超宽带可变增益混频器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810861227.3A CN109150112A (zh) 2018-08-01 2018-08-01 超宽带可变增益混频器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109150112A true CN109150112A (zh) 2019-01-04

Family

ID=64798544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810861227.3A Pending CN109150112A (zh) 2018-08-01 2018-08-01 超宽带可变增益混频器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109150112A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535441A (zh) * 2019-09-06 2019-12-03 电子科技大学 一种应用于5g通信的高隔离度宽带毫米波混频器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101009479A (zh) * 2006-05-11 2007-08-01 威盛电子股份有限公司 具有增益调整装置的可调式增益放大器
CN101019330A (zh) * 2004-08-30 2007-08-15 维林克斯公司 高频无线接收器电路和方法
CN102832885A (zh) * 2012-09-07 2012-12-19 电子科技大学 一种低噪声可变增益混频器
EP2942869A2 (en) * 2014-05-07 2015-11-11 Linear Technology Corporation Low-voltage analog variable gain amplifier with enhanced linearity
CN107666289A (zh) * 2017-09-14 2018-02-06 西安电子科技大学昆山创新研究院 高增益大线性动态范围跨阻放大器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101019330A (zh) * 2004-08-30 2007-08-15 维林克斯公司 高频无线接收器电路和方法
CN101009479A (zh) * 2006-05-11 2007-08-01 威盛电子股份有限公司 具有增益调整装置的可调式增益放大器
CN102832885A (zh) * 2012-09-07 2012-12-19 电子科技大学 一种低噪声可变增益混频器
EP2942869A2 (en) * 2014-05-07 2015-11-11 Linear Technology Corporation Low-voltage analog variable gain amplifier with enhanced linearity
CN107666289A (zh) * 2017-09-14 2018-02-06 西安电子科技大学昆山创新研究院 高增益大线性动态范围跨阻放大器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110535441A (zh) * 2019-09-06 2019-12-03 电子科技大学 一种应用于5g通信的高隔离度宽带毫米波混频器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107911092B (zh) 一种宽带高线性度的射频发射前端电路
CN101282110B (zh) 一种低功耗单端输入差分输出低噪声放大器
CN103117711B (zh) 一种单片集成的射频高增益低噪声放大器
CN102332868B (zh) 一种低功耗宽带低噪声放大器
CN102946230B (zh) 一种超宽带单端输入差分输出低噪声放大器
CN101494441B (zh) 宽带低噪声放大器
CN107070425B (zh) 应用于无线传感器网络的宽带低功耗低噪声放大器
CN108336978B (zh) 一种级联的分布式低噪声放大器
CN105281682B (zh) 低功耗双向降噪低噪声放大器
CN104167993B (zh) 一种采用有源跨导增强和噪声抵消技术的差分低功耗低噪声放大器
CN104270100B (zh) 一种采用正反馈技术和有源跨导增强技术的低功耗低噪声放大器
CN102355200A (zh) 一种单端输入差分输出的并行双频低噪声放大器及设计方法
CN101252341A (zh) 宽带低噪声放大器
CN114793094B (zh) 一种可调增益低噪声放大器和接收机
CN103095224A (zh) 一种采用噪声抵消技术的cmos宽带低噪声放大器
CN109167578A (zh) 一种带有源电感的超宽带低噪声放大器
CN101350592A (zh) 超宽带低噪声放大器
CN107196611A (zh) 宽带单端转差分低噪声放大器
CN104158501A (zh) 一种多模可配置Class AB功率放大器
CN111245373B (zh) 一种采用部分有源负反馈技术及正反馈技术的超宽带低噪声放大器
CN110708025A (zh) 利用二极管补偿电容的功率放大器
CN103633947A (zh) 一种无电感高增益cmos宽带低噪声放大器
CN117978100A (zh) 一种超宽带高增益平坦度高线性度低噪声放大器
CN106849881A (zh) 一种宽带单片集成低噪声放大器
CN111478671A (zh) 一种应用于Sub-GHz频段的新型低噪声放大器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190104

RJ01 Rejection of invention patent application after publication