專利名稱：射頻識(shí)別中的高線性度混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混頻器，特別是涉及一種射頻識(shí)別中的高線性度混頻器。
技術(shù)背景
在射頻識(shí)別(RFID)的通訊系統(tǒng)中，混頻器是最重要的電路模塊之一，它向下轉(zhuǎn)換得到的是中頻或零頻信號(hào)，向上轉(zhuǎn)換得到的是射頻信號(hào)。因?yàn)榛祛l器有著兩種頻率的信號(hào)， 同時(shí)射頻信號(hào)也已經(jīng)被低噪聲放大器放大，所以對(duì)線性度等指標(biāo)的要求比較高。對(duì)于混頻器電路，大體上分兩種結(jié)構(gòu)，一種是有源混頻器，即Gilbert結(jié)構(gòu)，另一種是無源混頻器。有源混頻器的噪聲系數(shù)和增益都比較好，而無源混頻器則有著較高的線性度，所以設(shè)計(jì)高線性度的有源混頻器是個(gè)難題。
如圖1所示，為現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路圖，現(xiàn)有Gilbert混頻器是由跨導(dǎo)電路、開關(guān)電路和負(fù)載電路組成。
所述負(fù)載電路包括第一負(fù)載電阻R2和第二負(fù)載電阻R3,第一負(fù)載電阻R2和第二負(fù)載電阻R3的第一端都和電源電壓VDD相連。
所述開關(guān)電路包括第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3,所述第一 NMOS開關(guān)管禮和第二 NMOS開關(guān)管M3的源極相連接且該連接處形成所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端，所述第一NMOS開關(guān)管M2的漏極和第一負(fù)載電阻&的第二端相連、所述第二NMOS開關(guān)管M3的漏極和第二負(fù)載電阻民的第二端相連。所述第一負(fù)載電阻&的第二端為所述負(fù)載電路的第一輸出端并組成第一信號(hào)輸出端，所述第二負(fù)載電阻民的第二端為所述負(fù)載電路的第二輸出端并組成第二信號(hào)輸出端，所述第一信號(hào)輸出端和第一輸出隔直電容C2的第一端相連、所述第二信號(hào)輸出端和第二輸出隔直電容C3的第一端相連，第一輸出隔直電容 C2的第二端輸出中頻電壓信號(hào)IF+、第二輸出隔直電容C3的第二端輸出中頻電壓信號(hào)IE-。 所述第一 NMOS開關(guān)管M2的柵極接本振信號(hào)L0+、所述第二 NMOS開關(guān)管M3的柵極接本振信號(hào) L0-。
所述跨導(dǎo)電路包括NMOS管M1、輸入隔直電容C1和偏置電阻R1。所述NMOS管M1 的源極接地、所述NMOS管M1的漏極和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端即所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的源極相連；所述NMOS管M1的柵極為信號(hào)輸入端。 所述NMOS管M1的柵極和所述偏置電阻R1的第一端相連、所述偏置電阻R1的第二端接偏置電壓Vbl。所述匪05管禮的柵極還和所述輸入隔直電容C1的第一端相連，所述輸入隔直電容C1的第二端接射頻電壓信號(hào)RF。
現(xiàn)有Gi Ibert混頻器中，所述跨導(dǎo)電路將射頻電壓信號(hào)RF轉(zhuǎn)換成射頻電流信號(hào)。 本振信號(hào)LO+和LO-輸入到開關(guān)電路中，從而控制所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的開和關(guān)，最后通過負(fù)載電路得到混頻后的信號(hào)?，F(xiàn)有Gilbert混頻器的線性度主要取決于輸入級(jí)跨導(dǎo)管即所述NMOS管M1，輸入級(jí)跨導(dǎo)管在輸入信號(hào)即所述射頻電壓信號(hào) RF較小時(shí)，輸出的小信號(hào)電流即所述射頻電流信號(hào)和輸入的小信號(hào)電壓呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，但是隨著輸入信號(hào)幅度的增大，跨導(dǎo)隨著輸入信號(hào)變化導(dǎo)致輸出電流不在隨輸入電壓線性變化，所以導(dǎo)致線性度變差。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻識(shí)別中的高線性度混頻器，能提高混頻器的線性度、提高處理大信號(hào)的能力，還能增加混頻器的轉(zhuǎn)換增益。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的射頻識(shí)別中的高線性度混頻器包括一負(fù)載電路。一開關(guān)電路，連接于所述負(fù)載電路，所述開關(guān)電路和所述負(fù)載電路的連接處為信號(hào)輸出端；所述開關(guān)電路包括第一電流路徑。一跨導(dǎo)電路，包括2個(gè)并聯(lián)連接的輸入跨導(dǎo)管；各所述輸入跨導(dǎo)管都連接于所述第一電流路徑上；各所述輸入跨導(dǎo)管的信號(hào)輸入端分別連接一偏置電阻，各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻分別和一偏置電壓相連接；各所述跨導(dǎo)管的信號(hào)輸入端還分別連接一輸入隔直電容，各所述輸入隔直電容都和射頻信號(hào)相連接。
更進(jìn)一步的改進(jìn)是，各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻和偏置電壓分別獨(dú)立設(shè)置，各所述輸入跨導(dǎo)管的輸入端偏置于不同的電壓上。
更進(jìn)一步的改進(jìn)是，各所述輸入跨導(dǎo)管為NMOS管，各所述NMOS管的源極接地、各所述NMOS管的漏極和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端相連；各所述NMOS管的柵極為信號(hào)輸入端。
更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述開關(guān)電路包括第一NMOS開關(guān)管和第二NMOS開關(guān)管；所述第一 NMOS開關(guān)管和第二 NMOS開關(guān)管的源極相連接且為所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端，所述第一 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負(fù)載電路的第一輸出端相連、所述第二 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負(fù)載電路的第二輸出端相連，所述負(fù)載電路的第一輸出端組成第一信號(hào)輸出端、所述負(fù)載電路的第二輸出端組成第二信號(hào)輸出端，所述第一信號(hào)輸出端和所述第二信號(hào)輸出端分別連接一輸出隔直電容，各所述輸出隔直電容輸出中頻信號(hào)。
更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述負(fù)載電路包括第一負(fù)載電阻和第二負(fù)載電阻；所述第一負(fù)載電阻的第一端連接電源電壓、所述第一負(fù)載電阻的第二端為所述負(fù)載電路的第一輸出端；所述第二負(fù)載電阻的第一端連接電源電壓、所述第二負(fù)載電阻的第二端為所述負(fù)載電路的第二輸出端。
本發(fā)明各所述輸入跨導(dǎo)管的并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠使跨導(dǎo)電路的總跨導(dǎo)在更大的信號(hào)范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性關(guān)系，從而能夠限制提高混頻器的線性度，提高處理大信號(hào)的能力。另外本發(fā)明還能增加混頻器的轉(zhuǎn)換增益。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1是現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路圖2是本發(fā)明實(shí)施例射頻識(shí)別中的高線性度混頻器的電路圖3是本發(fā)明實(shí)施例的IIP3和Vb2的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例射頻識(shí)別中的高線性度混頻器的電路圖。本發(fā)明實(shí)施例包括一負(fù)載電路、一開關(guān)電路和一跨導(dǎo)電路。所述負(fù)載電路和所述開關(guān)電路和如圖1CN 102545786 A所示的現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路結(jié)構(gòu)一樣。以下僅對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的所述跨導(dǎo)電路進(jìn)行描述。本發(fā)明實(shí)施例的所述跨導(dǎo)電路包括第一 NMOS管Mn、第二 NMOS管M12、第一輸入隔直電容Cn、第一偏置電阻Rn、第二輸入隔直電容C12、第二偏置電阻R12。
所述第一 NMOS管M11和所述第二 NMOS管M12的源極接地、所述第一 NMOS管Mll和所述第二NMOS管M12的漏極相連接且都和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端即所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的源極相連。
所述第一 NMOS管M11的柵極為第一信號(hào)輸入端、所述第二 NMOS管M12的柵極為第二信號(hào)輸入端。所述第一 NMOS管M11的柵極和所述第一偏置電阻R11的第一端相連、所述第一偏置電阻R11的第二端接偏置電壓Vbl ；所述第二 NMOS管M12的柵極和所述第二偏置電阻 R12的第一端相連、所述第二偏置電阻R12的第二端接偏置電壓Vb2。
所述第一 NMOS管M11的柵極還和所述第一輸入隔直電容C11的第一端相連、所述第一輸入隔直電容C11的第二端接射頻電壓信號(hào)RF ；所述第二 NMOS管M12的柵極還和所述第二輸入隔直電容C12的第一端相連、所述第二輸入隔直電容C12的第二端接射頻電壓信號(hào) RF。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)方案的工作原理。
射頻電壓信號(hào)RF分別接入所述第一輸入隔直電容C11和所述第二輸入隔直電容 C12的第二端，經(jīng)各輸入隔直電容的隔直后RF的交流電壓信號(hào)分別進(jìn)入了第一 NMOS管M11的柵極和第二 NMOS管M12的柵極，經(jīng)所述第一 NMOS管M11和所述第二 NMOS管M12的轉(zhuǎn)換后將 RF的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為RF的交流電流信號(hào)。本振信號(hào)LO+和LO-為一對(duì)幅度固定的差分信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)能控制所述第一 NMOS開關(guān)管M2和第二 NMOS開關(guān)管M3的開關(guān)狀態(tài)，RF 的交流電流信號(hào)流過開關(guān)管后，在負(fù)載即第一偏置電阻R11和所述第二偏置電阻R12上就產(chǎn)生了電壓將，負(fù)載上的電壓降經(jīng)所述第一輸出隔直電容C2和所述第二輸出隔直電容C3的隔直后分別在所述第一輸出隔直電容C2的第二端輸出中頻電壓信號(hào)IF+、第二輸出隔直電容 C3的第二端輸出中頻電壓信號(hào)IF-，所述中頻電壓信號(hào)IF+和IF-為一對(duì)差分信號(hào)。
在CMOS電路中，由于在小的信號(hào)輸入范圍內(nèi)，跨導(dǎo)管即MOS管呈現(xiàn)出合理的線性跨導(dǎo)，輸入輸出信號(hào)也就呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，而較大的信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生一定的非線性關(guān)系。 在混頻器中并聯(lián)一個(gè)跨導(dǎo)管，并且偏置在適當(dāng)?shù)碾妷合拢m然對(duì)于大信號(hào)每個(gè)跨導(dǎo)管線性較差，但是整體看來，跨導(dǎo)管的總跨導(dǎo)&可以在更大的信號(hào)范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性關(guān)系，因此跨導(dǎo)線性化技術(shù)用在混頻器中，不僅提高了增益，而且也顯著提高混頻器的線性度。
在如圖1所示的現(xiàn)有Gilbert混頻器中，本振信號(hào)LO+和LO-功率一定的情況下，混頻器的增益為Λ =^lA，而在本發(fā)明實(shí)施例中，增益為A =^(“ +gm2)R。^11為NMOSππ管M1或第一 NMOS管Mll的跨導(dǎo)，gffl2為第二 NMOS管M12的跨導(dǎo)，R為混頻器的等效輸出阻抗。由于^ll2不大，所以混頻器的增益只是略有增加。
由于MOS管本身存在非線性，信號(hào)通過輸入級(jí)后會(huì)產(chǎn)生失真，其輸出的小信號(hào)電流包括一階信號(hào)以及三次諧波，我們利用各輸入級(jí)在相同交流信號(hào)下不同的跨導(dǎo)特性進(jìn)行互補(bǔ)，從而使得總跨導(dǎo)Gm盡可能平坦。結(jié)合電路仿真，可以得出本發(fā)明實(shí)施例的第二 NMOS 管M12具體的直流偏置電壓Vb2和總的三階輸入節(jié)點(diǎn)(Input 3rd order intercept point, IIP3)之間的關(guān)系，如圖3所示。從圖3中可以看出，在增加了所述第二 NMOS管M12并且將偏置電壓Vb2設(shè)置在合適的電壓上時(shí)，混頻器的I IP3能提高9dBm，本發(fā)明實(shí)施例的混頻器的線性度指標(biāo)能得到顯著提高。
以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種射頻識(shí)別中的高線性度混頻器，其特征在于，包括一負(fù)載電路；一開關(guān)電路，連接于所述負(fù)載電路，所述開關(guān)電路和所述負(fù)載電路的連接處為信號(hào)輸出端；所述開關(guān)電路包括第一電流路徑；一跨導(dǎo)電路，包括2個(gè)并聯(lián)連接的輸入跨導(dǎo)管；各所述輸入跨導(dǎo)管都連接于所述第一電流路徑上；各所述輸入跨導(dǎo)管的信號(hào)輸入端分別連接一偏置電阻，各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻分別和一偏置電壓相連接；各所述跨導(dǎo)管的信號(hào)輸入端還分別連接一輸入隔直電容，各所述輸入隔直電容都和射頻信號(hào)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述射頻識(shí)別中的高線性度混頻器，其特征在于各所述輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻和偏置電壓分別獨(dú)立設(shè)置，各所述輸入跨導(dǎo)管的輸入端偏置于不同的電壓上。
3.如權(quán)利要求1所述射頻識(shí)別中的高線性度混頻器，其特征在于各所述輸入跨導(dǎo)管為NMOS管，各所述NMOS管的源極接地、各所述NMOS管的漏極和所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端相連；各所述NMOS管的柵極為信號(hào)輸入端。
4.如權(quán)利要求1所述射頻識(shí)別中的高線性度混頻器，其特征在于所述開關(guān)電路包括第一 NMOS開關(guān)管和第二 NMOS開關(guān)管；所述第一 NMOS開關(guān)管和第二 NMOS開關(guān)管的源極相連接且為所述開關(guān)電路的第一電流路徑的輸出端，所述第一 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負(fù)載電路的第一輸出端相連、所述第二 NMOS開關(guān)管的漏極和所述負(fù)載電路的第二輸出端相連， 所述負(fù)載電路的第一輸出端組成第一信號(hào)輸出端、所述負(fù)載電路的第二輸出端組成第二信號(hào)輸出端，所述第一信號(hào)輸出端和所述第二信號(hào)輸出端分別連接一輸出隔直電容，各所述輸出隔直電容輸出中頻信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述射頻識(shí)別中的高線性度混頻器，其特征在于所述負(fù)載電路包括第一負(fù)載電阻和第二負(fù)載電阻；所述第一負(fù)載電阻的第一端連接電源電壓、所述第一負(fù)載電阻的第二端為所述負(fù)載電路的第一輸出端；所述第二負(fù)載電阻的第一端連接電源電壓、 所述第二負(fù)載電阻的第二端為所述負(fù)載電路的第二輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻識(shí)別中的高線性度混頻器，包括負(fù)載電路；開關(guān)電路，連接于負(fù)載電路，開關(guān)電路和負(fù)載電路的連接處為信號(hào)輸出端；開關(guān)電路包括第一電流路徑；跨導(dǎo)電路，包括二個(gè)并聯(lián)連接的輸入跨導(dǎo)管；各輸入跨導(dǎo)管都連接于第一電流路徑上；各輸入跨導(dǎo)管的信號(hào)輸入端分別連接一偏置電阻，各輸入跨導(dǎo)管的偏置電阻分別和一偏置電壓相連接；各跨導(dǎo)管的信號(hào)輸入端還分別連接一輸入隔直電容，各輸入隔直電容都和射頻信號(hào)相連接。本發(fā)明能提高混頻器的線性度、提高處理大信號(hào)的能力，還能增加混頻器的轉(zhuǎn)換增益。
文檔編號(hào)H03D7/00GK102545786SQ20101058135
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者景一歐, 馬和良 申請(qǐng)人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司