用於混頻器的改良型本地振蕩器(lo)驅動電路的製作方法

2023-12-07 07:11:36 2

用於混頻器的改良型本地振蕩器(lo)驅動電路的製作方法
【專利摘要】本發明示出了—種用於混頻器的改良型本地振蕩器(LO)驅動電路，該LO驅動電路包括對應於在預定LO頻率範圍內響應LO輸入信號的增益電路。至少第一對電阻和電容的並聯組合耦合到所述增益電路和混頻器的LO輸入。所述電阻配置為在頻率範圍的低頻處增加阻抗，電容配置為通過減小所述第一併聯組合在頻率範圍的高頻處的阻抗來減小電阻的阻抗。至少第二對低品質電感器和高品質電感器的並聯組合連接至該第—對。與第一對串聯組合的第二對經調諧以在該預定LO頻率範圍內在該混頻器的LO輸入處提供一恆定的期望負載阻抗和恆定的期望電壓振幅。
【專利說明】用於混頻器的改良型本地振蕩器(LO)驅動電路
[0001]相關申請
[0002]根據35U.S.C.§ § 119，120，363，365，和 37 C.F，R.§ 1.55 和 § 1.78，本申請請求2012年2月10日提交的申請號為61/633，415的美國臨時申請案的權益及優先權，該美國臨時申請以引用方式併入本文中。

【技術領域】
[0003]本發明涉及一種用於混頻器的改良型本地振蕩器(LO)驅動電路。

【背景技術】
[0004]混頻器通常用於射頻(RF)系統及微波系統中以將RF信號降頻轉換或升頻轉換為中頻(IF)信號。以引用方式併入本文的7，880，557號美國專利揭示可利用實現混合平衡-不平衡轉換器的雙平衡混頻器；以引用方式併入本文的5，060, 208號美國專利揭示可採用有源分布元件的平衡-不平衡轉換器的單體式雙平衡混頻器；以引用方式併入本文的6，653，885號美國專利教導具有平衡_不平衡轉換器電路的片上集成混頻器；以引用方式併入本文的5，361，409號美國專利揭示需要低本地振蕩器功率水平及高三階攔截的場效應電晶體(FET)混頻器；以引用方式併入本文的7，580，693號美國專利教導無源反射混頻器，例如利用FET的單平衡、雙平衡或三平衡混頻器。
[0005]有源混頻器通常依賴於模擬電路來產生IF信號，而無源混頻器通常利用開關電晶體來形成IF信號。
[0006]在任一情形中，可籍由用LO驅動電路將本地振蕩器(LO)信號注入至混頻器中來達成IF頻率。LO驅動電路需要在到混頻器的LO輸入處提供足夠大的恆定的峰到峰電壓振幅，以獲得良好的高三階攔截點(IP3)及轉換增益。使用傳統的LO驅動電路難以在寬頻率範圍內達到LO輸入處大的恆定峰到峰電壓振幅。為了維持所需的峰到峰電壓振幅，傳統LO驅動電路通常電感性地裝載與D-Q電阻器串聯的一對電感器或中心分接的變壓器來定義低頻增益和總帶寬。然而，當輸入頻率增加時，與開關裝置和電感器相關聯的寄生現象降低了 LO驅動電路的輸出阻抗和對應的峰到峰增益。因此，當LO頻率增加時，傳統的LO驅動電路會在至混頻器的LO輸入處存在電壓的不良振幅表現。此外，當至混頻器的LO輸入處電壓振幅隨頻率改變時，傳統的無源混頻器通常依賴於對於每一個頻率改變混頻器的控制電壓來獲得最佳IP3和轉換增益。這一技術複雜而且需要與用戶的互動。


【發明內容】

[0007]在一方面，以一種用於混頻器的改良型本地振蕩器(LO)驅動電路為特徵。該LO驅動電路包括:增益電路，響應於對在預定LO頻率範圍的LO輸入信號的響應，至少第一對電阻器和電容器的並聯組合，其耦合到所述增益電路和所述混頻器的LO輸入，所述電阻器配置為在頻率範圍的低頻處增加阻抗，所述電容器配置為在頻率範圍的高頻處減小所述第一併聯組合的阻抗；以及至少第二對低品質電感器和高品質電感器的並聯組合，其連接至所述第一對，與所述第一對串聯組合的所述第二對經調諧以在所述預定LO頻率範圍內在所述混頻器的LO輸入處提供恆定的期望負載阻抗和恆定的期望電壓振幅。
[0008]在一個實施例中，所述第二對中的每一個低品質電感器可以具有預定的電感和預定的寄生現象。所述第二對的低品質電感器彼此電感耦合。第二對中的每一個高品質電感器可以具有預定的電感和預定的寄生現象。所述第二對中的高品質電感器彼此電感耦合。所述第一對中的每一個電容可以具有預定的電容和預定的寄生現象。該LO驅動電路可以包括與每一個低品質電感器串聯連接的電阻器，經調諧提供恆定的期望負載阻抗和恆定的電壓振幅。該電阻器可以具有預定電阻和預定寄生現象。該預定LO頻率範圍可以包含介於大約400MHz至大約1GHz範圍內的頻率範圍。該預定LO範圍可以包括介於600MHz至大約3.5GHz的頻率範圍。該恆定的期望電壓振幅可包含介於大約IV至大約3V範圍內的單端峰到峰電壓。
[0009]在另一方面，以一種用於混頻器的改良型本地振蕩器(LO)驅動電路為特徵。該驅動電路包括:增益電路，響應於在預定LO頻率範圍的LO輸入信號，至少第一對電阻器和電容器的並聯組合，其耦合到所述增益電路和所述混頻器的LO輸入，所述電阻器配置為在頻率範圍的低頻處增加阻抗，所述電容器配置為在頻率範圍的高頻處減小所述並聯組合的阻抗；以及至少第二對與低品質電感器及電阻器的串聯組合併聯連接的高品質電感器的並聯組合，其連接至所述第一對，與所述第一對串聯組合的所述第二對經調諧以在所述預定LO頻率範圍內在所述混頻器的LO輸入處提供恆定的期望負載阻抗和恆定的期望電壓振幅。
[0010]在一個實施例中，所述第二對中的每一個低品質電感器具有預定的電感和預定的寄生現象。所述第二對的低品質電感器彼此電感耦合。第二對中的每一個高品質電感器可以具有預定的電感和預定的寄生現象。所述第二對中的高品質電感器彼此電感耦合。所述第一對中的每一個電容可以具有預定的電容和預先設定的寄生現象。該電阻器可以具有預定電阻和預定寄生現象。該預定LO頻率範圍可以包含介於大約400MHz至大約1GHz範圍內的頻率範圍。該預定LO範圍可以包括介於600MHz至大約3.5GHz的頻率範圍。該恆定的期望電壓振幅可包含介於大約IV至大約3V範圍內的單端峰到峰電壓。
[0011]但是，在其他實施例中，本發明未必達成所有此目標，並且本發明權利要求的範圍不應限於能夠達到此目標的結構和方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]對於本領域技術人員來說，依據一較佳實施例的以下闡述和附圖，其他目標目標、特徵和優點也是可以想到的，附圖包括:
[0013]圖1為連接到混頻器的傳統電阻負載LO驅動電路的電路圖；
[0014]圖2描述了圖1所示的LO驅動電路在預定LO頻率範圍內的負載阻抗表現；
[0015]圖3為具有經調諧用於較低頻帶的串聯連接的低品質負載電感與負載電阻的傳統LO驅動電路的電路圖；
[0016]圖4描述了圖3所示的LO驅動電路在預定LO頻率範圍內的負載阻抗表現；
[0017]圖5為裝載有經調諧用於較高頻帶的高品質負載電感的傳統用LO驅動電路的電路圖；
[0018]圖6描述了圖5所示的LO驅動電路在預定LO頻率範圍內的負載阻抗表現；
[0019]圖7描述了並聯高品質負載電感、並聯低品質負載電感及其組合在預定LO頻率範圍內的負載阻抗表現；
[0020]圖8為用於本發明的混頻器的改良型LO驅動電路的一個實施例的電路圖；
[0021]圖9描述了圖8所示的LO驅動電路在預定LO頻率範圍內的負載阻抗表現的一項實例；
[0022]圖10為進一步詳細顯示圖9所示LO驅動電路的主要組件，並且顯示連接至圖8所示每一個低品質電感器的負載電阻的實例的電路圖；
[0023]圖11為顯示根據本發明的一個實施例連接至FET混頻器的圖10所示LO驅動電路的電路圖；
[0024]圖12為顯示圖8至圖11中的一個或多個所示的LO驅動電路的集成電路布局的一項實例的不意圖。

【具體實施方式】
[0025]除下文所揭示的較佳實施例或若干較佳實施例以外，本發明能夠具有其他實施例並且能夠以各種方式實踐或實施。因此，應理解本發明在其應用發明並不限於以下說明中所陳述或圖示中所圖解說明的構造細節和組件配置。如果本文中僅闡述一項實施例，本發明的權利要求範圍不應限於該實施例。此外，除非存在清楚且令人信服的證據證明一特定排除、限制或免責聲明，否則不應該限制性的閱讀本發明的權利要求。
[0026]如上文【背景技術】部分所述，混頻器10 (圖1，例如，寬帶混頻器或類似類型的混頻器)通常用於RF系統以及微波系統中，以將在輸入12及14處所接收的RF信號降頻轉換或升頻轉換為輸出16和18處的IF信號。可籍由使用將LO輸入22和24處的信號輸入至混頻器10的LO驅動電路來形成IF信號。傳統LO驅動電路20包含響應於28處的負相位LO輸入信號INN及30處正相位LO輸入信號INP的增益電路26。例如，如所顯示的，LO驅動電路20以電阻方式裝載有如所顯示連接至增益電路26和LO輸入22及24的電阻RDC_32與電容CP-34以及電阻RDe_36與電容CP-38的並聯組合。如【背景技術】部分中所述，LO驅動電路需要在LO驅動電路20的LO操作頻率範圍內在至混頻器10的LO輸入22及24處提供足夠大的恆定峰到峰電壓振幅。然而，當至LO驅動電路20的輸入頻率增加時，包括寄生電容、寄生電感、寄生耦合及寄生電阻等的寄生現象(本文中稱為與LO驅動電路的各種組件(例如，FET27及29)相關聯的「寄生現象」)增加及減小LO驅動電路20的負載阻抗。圖表39 (圖2)顯示在大約A-36至f2-38之間的預定LO頻率範圍內LO驅動電路20減小的負載阻抗特性的實例。在一個實例中，A-36可在大約400MHz的頻率處且f2_38可在大約1GHz的頻率處。在另一實例中，4_36可在大約700MHz的頻率處且f2_38可在大約3.5GHz的頻率處。也可以使用其他頻率範圍。如由圖表39所示，當LO輸入頻率增加時LO驅動電路20的負載阻抗顯著減小。因此，在較高頻率處，LO驅動電路20無法在LO輸入22和24處提供所需的峰到峰電壓振幅。圖表40顯示在A-36和f2-38之間的預定LO頻率範圍內LO驅動電路所需的期望恆定阻抗特性的一項實例。
[0027]為改良較低頻率(例如頻率f\-36或類似低頻)處的阻抗特性，傳統LO驅動電路20'(圖3，其中已賦予相似部件相似編號)可以電感方式裝載有分別與D-Q電阻Rm_46、Rlq-48串聯連接的一對低品質電感器Lm-42與Lw-44或中心分接變壓器或平衡-不平衡轉換器，以定義LO驅動電路20"的低頻增益及總帶寬。如本文中所使用的，低品質電感器具有多於高品質電感器的寄生現象。類似於上文所述，與LO驅動電路20'相關聯的寄生現象(例如，與開關裝置27與29以及低品質電感LlQ_42與Lm-44相關聯的寄生現象)產生圖表50 (圖4，其中已賦予相似部件相似編號)中所示的阻抗特性。可以看到，阻抗特性在接近f\-36的較低頻率處得到改良，但在接近f2_38的較高頻率處顯著降低。
[0028]為改善較高頻率(例如頻率f2-38或類似高頻)處的阻抗特性，傳統LO驅動電路20"(圖5，其中已賦予相似部件相似編號)可以以電感方式裝載有連接至增益電路26以及LO輸入22及24的一對高品質電感器Lm-60與LM_62或中心分接變壓器或平衡-不平衡轉換器。與LO驅動電路20"相關聯的寄生現象(例如，開關裝置27和29以及聞品質電感器Lm-60與Lw-62的寄生現象)產生圖表64 (圖6，其中已賦予相似部件相似編號)中所示的輸出阻抗特性。可以看到，阻抗特性在接近f2_38的較高頻率處得到改良，但在接近fr36的較低頻率處顯著降低。
[0029]本發明人認識到，若在LO驅動電路中低品質電感器與高品質電感器並聯連接，則所得阻抗將是低品質電感器與高品質電感器的阻抗的串聯組合。圖表66(圖7)顯示表示低品質電感器阻抗的阻抗特性的圖表68與表示高品質電感器阻抗的阻抗特性的圖表69的組合的一個實例。
[0030]用於本發明的一項實施例的混頻器的改良型LO驅動電路70(圖8，其中已賦予相似部件相似編號)包含響應於74處的輸入信號INN和76處的輸入信號INP的增益電路72。增益電路72可類似於上文參考圖1、圖3及圖5所論述的增益電路26或者可具有本領域技術人員已知的任何類型的設計。在一項實例中，增益電路72響應具有大約400MHz (例如，圖9, ^-88處所指示)至大約1GHz (f2-90處所指示)的範圍內的預定LO頻率範圍的INN-74.1NP-76處的輸入信號。LO驅動電路70 (圖8)也包括耦合至增益電路72和混頻器10的LO輸入20、22的至少第一對78的電阻RDC_80與電容CP_82以及電阻RDC-84與電容Cp-86的並聯組合。電阻Rdc_80、Rdc-84配置為在(例如接近&_88，圖9)的低頻處增加LO驅動電路70的阻抗。電容CP-82、Cp-86配置為在(例如接近f2-90)的高頻處使各自對應的電阻-電容對短路以減小電阻Rdc_80、Rdc-84的電阻性阻抗。
[0031]LO驅動電路70還包括至少第二對100的低品質電感器LM_102與高品質電感器Lhq-104的並聯組合以及低品質電感器Lm-106與高品質電感器LhQ-108的並聯組合。如圖所示，第二對100連接至第一對78。Lhq-104與Lhq-108可以配置為在109處所示的中心分接變壓器或平衡-不平衡轉換器。與第一對78串聯組合的第二對100經調諧以在預定LO頻率範圍內在LO輸入20、22處提供恆定的期望負載阻抗和信號的期望的恆定電壓振幅。該調諧可包括籍由仿真確定LlQ_102、Llq-106, Lhq-104, Lhq-108, CP_82和CP_86的阻抗及寄生現象以在預定LO頻率範圍內實現恆定的期望負載阻抗和恆定的期望電壓振幅。在一項實例中，LlQ_102和LlQ_106可以具有大約3.7nH的電感和大約82.3 Ω的寄生電阻，LHQ_104和LHQ_108可以具有大約5.9nH的電感和大約3.4 Ω的寄生電阻，CP_82和CP_86具有大約IpF的電容和大約0.2 Ω的寄生電阻，以實現LO驅動電路70的期望阻抗特性，如下文所論述。
[0032]圖表100 (圖9)顯示在4-88和f2_90之間的預定LO頻率範圍內由LO驅動電路70產生的恆定負載阻抗特性的一項實例。圖表100由圖表102與圖表104的組合產生。在此實例中，圖表102表示Lm-102、Lhq-104以及LM_106、LHQ-108的並聯組合的的電感性負載對(圖8)的並聯等效的阻抗特性，圖表104表示Rdc-80、Cp_82以及Rdc_84、Cp_86的對78的阻抗特性。因此，LO驅動電路70在大約4-88 (圖9)和f2-90之間的LO頻率範圍內提供期望的恆定負載阻抗。在一項實例中，LO驅動電路可具有大約50Ω的絕對恆定輸出阻抗。然而，這只是出於示例性目的，如本領域技術人員所知，LO驅動電路70的其他實施例所期望的恆定負載阻抗可以不同。結果是LO驅動電路70 (圖8)在大約4-88(圖9)和f2_90之間的預定LO頻率範圍內在LO輸入20、22處提供信號的恆定的期望電壓振幅。在一個實例中，LO輸入20、22處的信號的恆定期望電壓振幅具有介於大約0.5V至大約3V的範圍內的單端峰到峰電壓，且預定LO頻率範圍可在大約400MHz與大約1GHz之間，如上文所述。本領域技術人員已知LO頻率範圍和恆定期望電壓的其他實例。結果是LO驅動電路70是對上文所述的傳統LO驅動電路的顯著改良，傳統的LO驅動電路70通常僅僅在大約600MHz至大約1，700MHz的LO頻率範圍操作，並且針對每一頻率設定混頻器的控制電壓以獲得最佳IP3和轉換增益。
[0033]LO驅動電路70'(圖10，其中相似部件包含相似編號)類似於LO驅動電路70(圖8)，除了此實例，LO驅動電路70'(圖10)包含如圖所示的與低品質電感器U-102串聯連接的電阻Ruj-UO以及與低品質電感器Lm-106串聯連接的電阻1^_122，以提供由曲線102 (圖9)所示的負載阻抗特性。在此實例中，使用RurUO和Rw-122的電阻代替LM_102和Uq-106的寄生電阻，如上文參考圖8所述。在此實例中，RurUO和RM_122可各自具有大約75 Ω的電阻，LlQ_102和LlQ_106具有與上文所述相同的電感(3.7nH)但具有大約7.30 Ω的寄生電阻。
[0034]在此實例中，LO驅動電路70包含具有如圖所示的設計的增益電路72。增益電路72的其他設計是已知的。Lm-102、Llq-106, Lhq-104, Lhq-108, CP_82和CP_86的寄生電容指不為CpAK。
[0035]在一項實例中，混頻器10 (圖11，其中已賦予相似部件相似編號)配置為如圖所示的FET混頻器。
[0036]圖12 (其中已賦予相似部件相似編號)顯示LO驅動電路70的主要組件(例如，LlQ_102、Llq-106, Lhq-104, LHQ_108、增益電路72和混頻器10)的一個示例性集成電路布局。
[0037]雖然本發明的特定特徵在某些圖示中示出而在其他圖示中未示出，但這只是為了方便起見，每一個特徵可以與根據本發明的其他特徵中的任何或所有特徵組合。如本文中所使用的措辭「包含(including)，，、「包括(comprising) 」、「含有(having)」以及「具有(with) 」應廣義和全面的理解而不限於任何實體互連。此外，本申請所揭示的任何實施例不應看作僅有的可能實施例。
[0038]此外,在此專利的專利申請的審查期間遞交的任何修改並非放棄在申請日提交的本申請中呈現的任何權利要求範圍:本領域技術人員無法合理預期的起草字面意義上包括所有可能的等效物的權利要求，諸多等效物在修改時是不可預見的，並且是超出提交的內容(如果有的話)的公允解釋，作為修改的基礎的理念與諸多等效物的關係不可以脫離主題，和/或在無法預期 申請人:闡述用於修改的任何申請專利範圍要素的特定非實質性替代物的諸多其他原因。
[0039]本領域技術人員可以想到在權利要求範圍內的其他實施例。
【權利要求】
1.一種用於混頻器的改良型本地振蕩器LO驅動電路，該LO驅動電路包括: 增益電路，響應於對在預定LO頻率範圍的LO輸入信號的響應； 至少第一對電阻器和電容器的並聯組合，其耦合到所述增益電路和所述混頻器的LO輸入，所述電阻器配置為在頻率範圍的低頻處增加阻抗，所述電容器配置為在頻率範圍的高頻處減小所述第一併聯組合的阻抗；以及 至少第二對低品質電感器和高品質電感器的並聯組合，其連接至所述第一對，與所述第一對串聯組合的所述第二對經調諧以在所述預定LO頻率範圍內在所述混頻器的LO輸入處提供恆定的期望負載阻抗和恆定的期望電壓振幅。
2.如權利要求1所述的LO驅動電路，其中所述第二對的每個低品質電感器具有預定電感和預定寄生現象。
3.如權利要求1所述的LO驅動電路，其中所述第二對的低品質電感器彼此電感耦合。
4.如權利要求1所述的LO驅動電路，其中所述第二對的每個高品質電感器具有預定電感和預定寄生現象。
5.如權利要求1所述的LO驅動電路，其中所述第二對的高品質電感器彼此電感耦合。
6.如權利要求1所述的LO驅動電路，其中所述第一對的每個電容器具有預定電容和預定寄生現象。
7.如權利要求1所述的LO驅動電路，進一步包括與每一個低品質電感器串聯連接的電阻器，經調諧提供恆定的期望負載阻抗和恆定的期望電壓振幅。
8.如權利要求7所述的LO驅動電路，所述電阻器具有預定電阻和預定寄生現象。
9.如權利要求1所述的LO驅動電路，其中所述預定LO頻率範圍包含介於大約400MHz至大約1GHz範圍內的頻率範圍。
10.如權利要求1所述的LO驅動電路，其中所述預定LO範圍包括介於600MHz至大約3.5GHz的頻率範圍。
11.如權利要求1所述的LO驅動電路，所述恆定的期望電壓振幅包含介於大約0.5V至大約3V範圍內的單端峰到峰電壓。
12.一種用於混頻器的改良型本地振蕩器LO驅動電路，該LO驅動電路包括: 增益電路，響應於在預定LO頻率範圍的LO輸入信號； 至少第一對電阻器和電容器的並聯組合，其耦合到所述增益電路和所述混頻器的LO輸入，所述電阻器配置為在頻率範圍的低頻處增加阻抗，所述電容器配置為在頻率範圍的高頻處減小所述並聯組合的阻抗；以及 至少第二對與低品質電感器及電阻器的串聯組合併聯連接的高品質電感器的並聯組合，其連接至所述第一對，與所述第一對串聯組合的所述第二對經調諧以在所述預定LO頻率範圍內在所述混頻器的LO輸入處提供恆定的期望負載阻抗和恆定的期望電壓振幅。
13.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述第二對的每個低品質電感器具有預定電感和預定寄生現象。
14.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述第二對的低品質電感器彼此電感耦口 ο
15.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述第二對的每個高品質電感器具有預定電感和預定寄生現象。
16.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述第二對的高品質電感器彼此電感耦口 ο
17.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述第一對的每個電容器具有預定電容和預定寄生現象。
18.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述電阻器具有預定電阻和預定寄生現象。
19.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述預定LO頻率範圍包含介於大約400MHz至大約1GHz範圍內的頻率範圍。
20.如權利要求12所述的LO驅動電路,其中所述預定LO頻率範圍包括介於大約600MHz至大約3.5GHz的頻率範圍。
21.如權利要求12所述的LO驅動電路，其中所述恆定的期望電壓振幅包含介於大約0.5V至大約3V範圍內的單端峰到峰電壓。
【文檔編號】H04B1/40GK104205652SQ201380014525
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月7日 優先權日:2012年2月10日
【發明者】B·T·卡沃斯, A·塞勒比 申請人:西臺特微波公司