專利名稱：Rf前端接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及RF前端接收機，更具體而言涉及降低此等接收機對電源電壓的要求。
背景技術(shù)：
隨著當前用于生產(chǎn)半導(dǎo)體電路的方法和技術(shù)進一步進入深亞微米級，柵極氧化層厚度的降低同樣要求必須降低一電路周圍的電壓。因此，近年來，設(shè)計針對較低電壓性能的重要模擬結(jié)構(gòu)單元已成為一首要考慮因素。此外，仔細設(shè)計該些在較低電壓環(huán)境中的模擬結(jié)構(gòu)單元可降低功耗，這在手持和移動裝置中非常重要。設(shè)計具有較低電源電壓的RF結(jié)構(gòu)單元更加重要，因為移動裝置的RF前端一直是可能出現(xiàn)電源電壓和功耗故障的所在。
附1圖解說明一已知RF前端接收機的一實施例。
以一本身已知的方式，圖1所示的前端接收機包括連接至一混頻器相應(yīng)輸入端口的一低噪聲放大器LNA和一本地振蕩驅(qū)動器LOD。
該低噪聲放大器LNA接收一RF信號RF，并將其提供給一混頻器輸入端口；而該本地振蕩驅(qū)動器LOD接收一本地振蕩信號LO，并將其提供給另一混頻器輸入端口。通過該RF信號RF和該本地振蕩信號LO，該混頻器在其輸出端子IF+、IF-上產(chǎn)生一中頻信號。
該混頻器為一標準吉爾伯特單元混頻器的變體，其包括一跨導(dǎo)級和一開關(guān)級。用圖1所示類型的混頻器，可以使用較低的電源電壓。
該跨導(dǎo)級包括兩個晶體管M1和M2。晶體管M1和M2的柵極形成該RF信號RF的混頻器輸入端口并耦合至該低噪聲放大器LNA的相應(yīng)輸出端子RF+、RF-。晶體管M1和M2的源極互連至地面，且晶體管M1和M2的漏極分別耦合至該混頻器開關(guān)級的開關(guān)晶體管M3、M4和M5、M6的相應(yīng)互連源極。
在圖1所示的混頻器開關(guān)級內(nèi)，晶體管M3、M6和M4、M5的柵極分別互連，形成該本地振蕩信號的混頻器輸入端口，該端口耦合至該本地振蕩驅(qū)動器LOD的輸出端子。
晶體管M3、M5和M4、M6的漏極分別互連，形成該中頻信號的混頻器輸出端口IF+、IF-。
只要來自該低噪聲放大器LNA的輸入RF信號為差分信號，圖1所示的混頻器便會以一平衡方式運行。由于該混頻器不是完全差分的，因此它不會提供任何共模抑制。該IF輸出端口可采用共模反饋，但盡管如此，該混頻器仍將具有較標準吉爾伯特單元混頻器為低的共模抑制比。為了在該RF前端保持適當?shù)墓材Ｒ种?，重要的是在該混頻器之前的LNA是完全差分的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是產(chǎn)生一可在低電源電壓下運行并可同時提供共模抑制的RF前端接收機。
這通常是通過修改RF和LO輸入信號饋入混頻器的方式實現(xiàn)的。
更具體而言，在一包括連接至一混頻器相應(yīng)輸入端口的一低噪聲放大器和一本地振蕩驅(qū)動器的RF前端接收機中，其中所述混頻器包括其柵極耦合至所述混頻器的一第一輸入端口的一輸入端子的一第一和一第二晶體管、其柵極耦合至所述混頻器的所述第一輸入端口的另一輸入端子的一第三和一第四晶體管及其柵極耦合至所述混頻器的一第二輸入端口的相應(yīng)輸入端子的一第五和一第六晶體管，其中所述第一和第三晶體管的源極耦合至所述第五晶體管的漏極，所述第二和第四晶體管的源極耦合至所述第六晶體管的漏極，所述第五和第六晶體管的源極耦合至地面，所述第一和第四晶體管的漏極耦合至一混頻器輸出端口的一輸出端子，且所述第二和第三晶體管的漏極耦合至所述混頻器輸出端口的另一輸出端子，以上是通過使所述低噪聲放大器通過其輸出端子連接至所述混頻器的所述第一輸入端口并使所述本地振蕩驅(qū)動器通過其輸出端子連接至所述混頻器的所述第二輸入端口實現(xiàn)的。
因此，RF輸入信號饋至所述LO輸入信號饋至的晶體管上方的晶體管。基本而言，對于所述RF輸入信號，所述混頻器由兩個在輸出處交叉耦合的差分對組成。將所述RF輸入信號饋至LO輸入信號上方的晶體管這一輸入布置的優(yōu)點在于盡管所述混頻器只有兩組晶體管，但其仍為完全差分的。因此，所述混頻器可以與上述具有額外共模抑制優(yōu)點的混頻器相似的電源電壓運行。


下文將參照附圖更加詳細地闡述本發(fā)明。其中上文所述的圖1圖解說明一已知RF前端接收機的實施例，且圖2圖解說明本發(fā)明的一RF前端接收機的實施例。
具體實施例方式
圖2圖解說明本發(fā)明的一RF前端接收機。
圖2與圖1中的元件完全相同，因此具有相同的參考符號。
根據(jù)本發(fā)明，圖1所示的實施例中的開關(guān)級在圖2中變成了跨導(dǎo)級，而圖1所示的實施例中的跨導(dǎo)級在圖2中變成了開關(guān)級。
因此，在圖2中，低噪聲放大器LNA通過其輸出端子分別連接至晶體管M3、M6和M4、M5的互連柵極，從而形成RF信號的一混頻器輸入端口RF+、PF-。
此外，在圖2中，本地振蕩驅(qū)動器LOD通過其輸出端子耦合至晶體管M1和M2的柵極，從而形成本地振蕩信號的一混頻器輸入端口LO+、LO-。
如上所述，對于RF輸入信號而言，圖2所示的雙堆疊式混頻器基本上為兩個在輸出處交叉耦合的差分對。該些差分對中的每一對在來自本地振蕩器LO的較大輸入信號控制下依次接通和關(guān)斷。
在LO+相位內(nèi)，LO+輸入為高，而LO-輸入為低。結(jié)果，晶體管M2關(guān)斷，此又會關(guān)斷由晶體管M5和M6形成的差分對，而由晶體管M1、M3和M4形成的差分對接通。雖然晶體管M1由其柵極處的高LO+信號接通，但是該電路這樣設(shè)計是為了使晶體管M1保持飽和狀態(tài)且不允許其進入三極管區(qū)域。因此，晶體管M1可形成一差分對的尾電流源。差分RF輸入信號此時可通過M1、M3和M4所形成差分對的增益產(chǎn)生一差分IF輸出。
在LO-相位內(nèi)，晶體管M1關(guān)斷，而晶體管M2接通。此時，差分對由晶體管M2、M5和M6形成。對于此差分對而言，RF輸入信號以與先前在LO+相位內(nèi)的差分對相反的極性連接。因此，IF輸出的極性也將被顛倒，但系統(tǒng)增益因兩個差分對相同仍保持不變。
對于如上所述運行的圖2所示的混頻器，重要的是晶體管M1處于接通狀態(tài)時保持飽和狀態(tài)。此外，差分對的質(zhì)量會強烈影響系統(tǒng)增益及系統(tǒng)可提供的共模抑制量。這在晶體管M1和M2的設(shè)計中是一重要權(quán)衡。一方面，應(yīng)將它們制成具有小通道長度的尺寸以適于快速開關(guān)和高頻運行。另一方面，還要求它們在接通時提供一適當輸出電阻(漏極-源極電阻)以便形成一高質(zhì)量的差分對。
通過仔細設(shè)計混頻器核心，可通過差分對獲得適當?shù)拈_關(guān)時間以及性能和共模抑制。
該共模抑制肯定會優(yōu)于圖1所示的已知實施例中的共模抑制。這體現(xiàn)電源電壓與共模抑制之間的一整體權(quán)衡。
使用該混頻器時，另一重要的系統(tǒng)層面的考慮是整個差分對在RF輸入處接通和關(guān)斷。這就意味該混頻器的輸入阻抗可在運行期間周期性地改變。因為在一差分對接通時另一差分對關(guān)斷，而且仔細設(shè)計和布局可保證適當消除RF輸入處的開關(guān)效應(yīng)，所以此狀況可稍微得到緩解。
晶體管M3至M6使用低閾值晶體管(閾值電壓約為0V)將有助于降低該些裝置所需的柵極-源極電壓。這是因為如果該閾值電壓大約為0V，則所需的柵極-源極電壓將近似于所需的柵極-源極的過驅(qū)動電壓。因此，M3至M6使用低閾值晶體管可有助于通過降低耦合至該混頻器的LNA的電源電壓要求而進一步降低該整個接收機的電源電壓要求。
許多較新的技術(shù)確實可提供具有各種閾值電壓和氧化物厚度的晶體管。然而，并非在所有技術(shù)中皆可獲得低閾值晶體管。盡管如此，在任何CMOS技術(shù)中仍可通過簡單遮蔽閾值通道植入物來得到低閾值晶體管，從而提供具有一約為0V閾值電壓的原MOS晶體管(用于一NMOS裝置)。在構(gòu)建本發(fā)明的雙堆疊式混頻器所采用的一技術(shù)中，低閾值裝置并不是直接得到的。相反，其是通過遮蔽閾值植入物獲得的。
降低一MOS裝置的閾值電壓對于通過該裝置漏泄漏極電流而言可具有重要意義。不過，對于本發(fā)明的混頻器電路來說，漏泄電流不成問題。雖然裝置不斷地接通和關(guān)斷并因此可能在關(guān)斷狀態(tài)下具有一較高的漏泄電流，但總輸出IF電流的數(shù)量級高于漏泄電流。因此，任何漏泄電流都不會顯著影響該輸出。
此外，耦合至本地振蕩驅(qū)動器LOD的晶體管M1和M2不是低閾值裝置，因此它們將有助于限制流入地面的總漏泄電流。
如上所述，該混頻器可以近似于根據(jù)圖1所闡述的具有額外共模抑制優(yōu)點的混頻器的電源電壓運行。
權(quán)利要求
1.一種RF前端接收機，其包括連接至一混頻器相應(yīng)輸入端口的一低噪聲放大器和一本地振蕩驅(qū)動器，所述混頻器包括一第一和一第二晶體管(M3，M6)，其柵極耦合至所述混頻器的一第一輸入端口的一輸入端子(RF+)；一第三和一第四晶體管(M4，M5)，其柵極耦合至所述混頻器的所述第一輸入端口的另一輸入端子(RF-)；一第五和一第六晶體管(M1，M2)，其柵極耦合至所述混頻器的一第二輸入端口的相應(yīng)輸入端子(L0+，L0-)；所述第一和第三晶體管(M3，M4)的源極耦合至所述第五晶體管(M1)的漏極；所述第二和第四晶體管(M6，M5)的源極耦合至所述第六晶體管(M2)的漏極；所述第五和第六晶體管(M1，M2)的源極耦合至地面；所述第一和第四晶體管(M3，M5)的漏極耦合至一混頻器輸出端口的一輸出端子(IF+)；且所述第二和第三晶體管(M6，M4)的漏極耦合至所述混頻器輸出端口的另一輸出端子(IF-)；其特征在于所述低噪聲放大器(LNA)通過其輸出端子連接至所述混頻器的所述第一輸入端口(RF+，RF-)；及所述本地振蕩驅(qū)動器(LOD)通過其輸出端子連接至所述混頻器的所述第二輸入端口(L0+，L0-)。
2.如權(quán)利要求1所述的RF前端接收機，其特征在于所述第一和所述第二晶體管(M3，M6)以及所述第三和所述第四晶體管(M4，M5)具有一低閾值電壓，其中所述第一和所述第二晶體管(M3，M6)的柵極耦合至所述混頻器的所述第一輸入端口的一輸入端子(RF+)，且所述第三和所述第四晶體管(M4，M5)的柵極耦合至所述第一輸入端口的所述另一輸入端子(RF-)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種RF前端接收機，其包括連接至一混頻器相應(yīng)輸入端口的一低噪聲放大器(LNA)和一本地振蕩驅(qū)動器(LOD)。所述混頻器包括其柵極耦合至所述低噪聲放大器(LNA)的一輸出端子(RF+)的一第一和一第二晶體管(M3，M6)、其柵極耦合至所述低噪聲放大器(LNA)的另一輸出端子(RF－)的一第三和一第四晶體管(M4，M5)、其柵極耦合至所述本地振蕩驅(qū)動器(LOD)相應(yīng)輸出端子(LO+，LO－)的一第五和一第六晶體管(M1，M2)，其中所述第一和第三晶體管(M3，M4)的源極耦合至所述第五晶體管(M1)的漏極，所述第二和第四晶體管(M6，M5)的源極耦合至所述第六晶體管(M2)的漏極，所述第五和第六晶體管(M1，M2)的源極耦合至地面，所述第一和第四晶體管(M3，M5)的漏極耦合至一混頻器輸出端口的一輸出端子(IF+)，且所述第二和第三晶體管(M6，M4)的漏極耦合至所述混頻器輸出端口的另一輸出端子(IF－)。
文檔編號H03D7/12GK1729626SQ200380107089
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者A·里特溫, G·卡蒂雷桑 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司