一種輸出電壓可控的高線性上混頻器及混頻方法
2023-07-26 13:41:06
專利名稱：一種輸出電壓可控的高線性上混頻器及混頻方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術領域，涉及一種輸出電壓可控的高線性上混頻器及混頻
方法。
背景技術：
隨著集成電路工藝技術的快速發展，給無線收發機系統高度集成提供了可能。同 時，通信系統技術的發展和消費市場的需求都集中在高數據傳輸速率的通信。這就需要使 用64QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交調幅)、256QAM甚至1024QAM的調製。 這些調製技術都要求進行射頻信號傳輸的收發機有很高的線性度。目前，集成的發射機電 路中，通常採用吉爾伯特(Gilbert)結構的混頻器結構，如圖l所示。但是利用這種混頻器 結構，要獲得很高的線性度有一定的困難，因為圖1的電路中的MOS電晶體器件是非線性器 件，只有在小信號時可以線性工作，如果信號增大將產生失真和非線性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種輸出電壓可控的高線性上混頻器。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案。 —種輸出電壓可控的高線性上混頻器，包括電壓/電流轉換電路，混頻電路，幅度 檢測器，比較模塊；所述電壓/電流轉換電路用以將模擬的基帶信號轉換為電流信號；所述 混頻電路用以將所述電壓/電流轉換電路輸出的電流信號同L0信號進行混頻，輸出高線性 混頻信號；所述幅度檢測器用以檢測所述高線性混頻信號的幅度，輸出檢測信號；所述比 較模塊用以比較所述檢測信號和參考電壓信號，輸出控制信號控制所述電壓/電流轉換電 路輸出的電流。 作為本發明的一種優選方案，所述電壓/電流轉換電路包括運算放大器U10，NM0S 電晶體M7，可調電阻R1， PMOS電晶體M1，電流源II ;所述運算放大器UIO的同相輸入端接 模擬的基帶信號BB—LP，反相輸入端接電流源Il，輸出端接NMOS電晶體M7的柵極；PM0S晶 體管Ml的漏極接運算放大器U10和電流源II相交的節點，源極接地，柵極接NM0S電晶體 M7的漏極和可調電阻R1的一端；可調電阻R1的另一端接地。 作為本發明的另一種優選方案，所述可調電阻Rl連接有控制信號VCTRL，通過改 變控制信號VCTRL的值來調節可調電阻Rl的阻值。 作為本發明的再一種優選方案，所述混頻電路包括NM0S電晶體M2、M3 ;NM0S晶體
管M2、 M3的漏極接NM0S電晶體M7的源極；NM0S電晶體M2的柵極接L0信號L0_I_P，源極
接輸出電壓節點OUTN ;NMOS電晶體M3的柵極接LO信號L0_I_N，源極接輸出電壓節點OUTP。 —種輸出電壓可控的高線性上混頻器的混頻方法，包括以下步驟 步驟一，電壓/電流轉換電路將模擬的基帶信號轉換為電流信號； 步驟二，混頻電路將所述電壓/電流轉換電路輸出的電流信號同LO信號進行混
頻，輸出高線性混頻信號；
4
步驟三，幅度檢測器檢測所述高線性混頻信號的幅度，輸出檢測信號； 步驟四，比較模塊比較所述檢測信號和參考電壓信號，輸出控制信號控制所述電
壓/電流轉換電路的輸出電流。 作為本發明的一種優選方案，步驟一中，所述電壓/電流轉換電路包括運算放大 器U10，NM0S電晶體M7，可調電阻R1，PM0S電晶體M1，電流源II ;所述運算放大器UIO的同 相輸入端接模擬的基帶信號BB_I_P，反相輸入端接電流源Il，輸出端接NM0S電晶體M7的 柵極；PM0S電晶體M1的漏極接運算放大器UIO和電流源II相交的節點，源極接地，柵極接 NM0S電晶體M7的漏極和可調電阻Rl的一端；可調電阻Rl的另一端接地。
作為本發明的另一種優選方案，所述可調電阻R1連接有控制信號VCTRL，通過改 變控制信號VCTRL的值來調節可調電阻Rl的阻值。 作為本發明的再一種優選方案，所述混頻電路包括NM0S電晶體M2、M3 ;NM0S晶體 管M2、 M3的漏極接NM0S電晶體M7的源極；NM0S電晶體M2的柵極接L0信號L0_I_P，源極 接輸出電壓節點0UTN ;NM0S電晶體M3的柵極接L0信號L0_I_N，源極接輸出電壓節點0UTP。
本發明的有益效果在於它採用了負反饋控制迴路，使輸出電壓幅度精確，且本發 明的電路結構簡單，有利於CMOS集成。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。
圖1為吉爾伯特結構的混頻器的結構示意圖；
圖2為本發明的結構示意圖；
圖3為本發明的部分核心電路圖。
具體實施方式
實施例 —種輸出電壓可控的高線性上混頻器，如圖2所示，包括電壓/電流轉換電路，混 頻電路，幅度檢測器，比較模塊；所述電壓/電流轉換電路用以將模擬的基帶信號轉換為電 流信號；所述混頻電路用以將所述電壓/電流轉換電路輸出的電流信號同LO信號進行混 頻，輸出高線性混頻信號；所述幅度檢測器用以檢測所述高線性混頻信號的幅度，輸出檢測 信號；所述比較模塊用以比較所述檢測信號和參考電壓信號，輸出控制信號控制所述電壓 /電流轉換電路輸出的電流。 所述電壓/電流轉換電路包括運算放大器U10，NM0S電晶體M7，可調電阻Rl，PM0S 電晶體Ml，電流源II ;所述運算放大器U10的同相輸入端接模擬的基帶信號BB_I_P，反相 輸入端接電流源Il，輸出端接NMOS電晶體M7的柵極；PM0S電晶體M1的漏極接運算放大 器U10和電流源11相交的節點，源極接地，柵極接NM0S電晶體M7的漏極和可調電阻Rl的 一端；可調電阻R1的另一端接地。所述可調電阻R1連接有控制信號VCTRL，通過改變控制 信號VCTRL的值來調節可調電阻Rl的阻值。所述混頻電路包括NM0S電晶體M2、 M3 ;NM0S 電晶體M2、 M3的漏極接NM0S電晶體M7的源極；NM0S電晶體M2的柵極接L0信號L0_I_P， 源極接輸出電壓節點0UTN ;NM0S電晶體M3的柵極接L0信號L0_I_N，源極接輸出電壓節點 0UTP。
—種輸出電壓可控的高線性上混頻器的混頻方法，包括以下步驟 步驟一，電壓/電流轉換電路將模擬的基帶信號轉換為電流信號； 步驟二，混頻電路將所述電壓/電流轉換電路輸出的電流信號同LO信號進行混
頻，輸出高線性混頻信號； 步驟三，幅度檢測器檢測所述高線性混頻信號的幅度，輸出檢測信號； 步驟四，比較模塊比較所述檢測信號和參考電壓信號，輸出控制信號控制所述電
壓/電流轉換電路的輸出電流。 步驟一中，所述電壓/電流轉換電路包括運算放大器U10，NM0S電晶體M7，可調電 阻R1，PM0S電晶體M1，電流源II ;所述運算放大器UIO的同相輸入端接模擬的基帶信號BB— LP，反相輸入端接電流源Il，輸出端接NMOS電晶體M7的柵極；PM0S電晶體M1的漏極接運 算放大器U10和電流源II相交的節點，源極接地，柵極接NM0S電晶體M7的漏極和可調電 阻R1的一端；可調電阻R1的另一端接地。所述可調電阻R1連接有控制信號VCTRL，通過 改變控制信號VCTRL的值來調節可調電阻Rl的阻值。所述混頻電路包括NM0S電晶體M2、 M3 ;NM0S電晶體M2、M3的漏極接NM0S電晶體M7的源極；NM0S電晶體M2的柵極接L0信號 L0_I_P，源極接輸出電壓節點0UTN ;NM0S電晶體M3的柵極接L0信號L0_I_N，源極接輸出 電壓節點0UTP。 本發明的結構示意圖如圖2所示。模擬的基帶信號BBI、BBQ首先經過高線性的電 壓/電流轉換電路(V/I電路)轉換為電流信號，然後同本機振蕩信號LOI、LOQ進行混頻得 到高線性混頻信號V0UT， V0UT經過幅度檢測器得到檢測信號DETJ)UT， DETJ)UT再和參考電 壓信號VREF進行比較得到控制信號VCTRL， VCTRL控制V/I電路的輸出電流。整個系統是 個負反饋系統，穩定後，高線性混頻信號V0UT的的幅度值和參考電壓信號VREF相等。
圖3描述了本發明的部分核心電路。混頻器採用的是有源Gilbert混頻器架構。 圖中，運算放大器U10，NM0S電晶體M7，可調電阻R1，PM0S電晶體M1，電流源II構成了一個 高線性度的電壓到電流的轉換器。其中，運算放大器U10的同相輸入端接BB—LP，反相輸入 端接電流源II，輸出端接NM0S電晶體M7的柵極；PM0S電晶體Ml的漏極接運算放大器U10 和電流源II相交的節點，源極接地，柵極接NM0S電晶體M7的漏極和可調電阻Rl的一端； 可調電阻Rl的另一端接地；NM0S電晶體M7的源極接NM0S電晶體M2、 M3的漏極；NM0S晶 體管M2的柵極接L0_I_P，源極接0UTN ;NM0S電晶體M3的柵極接L0_I_N，源極接0UTP。可 調電阻Rl連接有控制信號VCTRL，可以通過改變控制信號VCTRL的值來調節Rl的阻值。
本發明採用了負反饋控制迴路，使輸出電壓幅度精確，且本發明的電路結構簡單， 有利於CM0S集成。 這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例 中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明 的精神或本質特徵的情況下，本發明可以以其他形式、結構、布置、比例，以及用其他元件、 材料和部件來實現。
權利要求
一種輸出電壓可控的高線性上混頻器，其特徵在於，包括電壓/電流轉換電路，用以將模擬的基帶信號轉換為電流信號；混頻電路，用以將所述電壓/電流轉換電路輸出的電流信號同LO信號進行混頻，輸出高線性混頻信號；幅度檢測器，用以檢測所述高線性混頻信號的幅度，輸出檢測信號；比較模塊，用以比較所述檢測信號和參考電壓信號，輸出控制信號控制所述電壓/電流轉換電路輸出的電流。
2. 根據權利要求1所述的輸出電壓可控的高線性上混頻器，其特徵在於所述電壓/電流轉換電路包括運算放大器UIO， NMOS電晶體M7，可調電阻R1， PM0S電晶體M1，電流源11 ;所述運算放大器U10的同相輸入端接模擬的基帶信號BB_I_P，反相輸入端接電流源11 ，輸出端接NMOS電晶體M7的柵極；PMOS電晶體Ml的漏極接運算放大器U10和電流源II相交的節點，源極接地，柵極接NMOS電晶體M7的漏極和可調電阻Rl的一端；可調電阻Rl的另一端接地。
3. 根據權利要求2所述的輸出電壓可控的高線性上混頻器，其特徵在於所述可調電阻Rl連接有控制信號VCTRL，通過改變控制信號VCTRL的值來調節可調電阻Rl的阻值。
4. 根據權利要求2所述的輸出電壓可控的高線性上混頻器，其特徵在於所述混頻電路包括NMOS電晶體M2、M3 ;NMOS電晶體M2、M3的漏極接NMOS電晶體M7的源極；NMOS電晶體M2的柵極接LO信號L0_I_P，源極接輸出電壓節點OUTN ;NMOS電晶體M3的柵極接L0信號L0_I_N，源極接輸出電壓節點OUTP。
5. 權利要求1所述的輸出電壓可控的高線性上混頻器的混頻方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，電壓/電流轉換電路將模擬的基帶信號轉換為電流信號；步驟二，混頻電路將所述電壓/電流轉換電路輸出的電流信號同LO信號進行混頻，輸出高線性混頻信號；步驟三，幅度檢測器檢測所述高線性混頻信號的幅度，輸出檢測信號；步驟四，比較模塊比較所述檢測信號和參考電壓信號，輸出控制信號控制所述電壓/電流轉換電路的輸出電流。
6. 根據權利要求5所述的輸出電壓可控的高線性上混頻器的混頻方法，其特徵在於步驟一中，所述電壓/電流轉換電路包括運算放大器UIO， NMOS電晶體M7，可調電阻R1，PM0S電晶體Ml，電流源II ;所述運算放大器U10的同相輸入端接模擬的基帶信號BB_I_P，反相輸入端接電流源Il，輸出端接NMOS電晶體M7的柵極；PM0S電晶體M1的漏極接運算放大器U10和電流源II相交的節點，源極接地，柵極接NMOS電晶體M7的漏極和可調電阻Rl的一端；可調電阻R1的另一端接地。
7. 根據權利要求6所述的輸出電壓可控的高線性上混頻器的混頻方法，其特徵在於所述可調電阻Rl連接有控制信號VCTRL，通過改變控制信號VCTRL的值來調節可調電阻Rl的阻值。
8. 根據權利要求6所述的輸出電壓可控的高線性上混頻器的混頻方法，其特徵在於所述混頻電路包括NMOS電晶體M2、 M3 ;NMOS電晶體M2、 M3的漏極接NMOS電晶體M7的源極；NMOS電晶體M2的柵極接LO信號L0_I_P，源極接輸出電壓節點OUTN ;NMOS電晶體M3的W及接LO信號LO_I_N，源極接輸出電壓節點OUTP。
全文摘要
本發明公開了一種輸出電壓可控的高線性上混頻器，包括電壓/電流轉換電路，混頻電路，幅度檢測器，比較模塊；所述電壓/電流轉換電路用以將模擬的基帶信號轉換為電流信號；所述混頻電路用以將所述電壓/電流轉換電路輸出的電流信號同LO信號進行混頻，輸出高線性混頻信號；所述幅度檢測器用以檢測所述高線性混頻信號的幅度，輸出檢測信號；所述比較模塊用以比較所述檢測信號和參考電壓信號，輸出控制信號控制所述電壓/電流轉換電路輸出的電流。本發明採用了負反饋控制迴路，使輸出電壓幅度精確，且本發明的電路結構簡單，有利於CMOS集成。
文檔編號H03D7/16GK101707475SQ20091019829
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月4日 優先權日2009年11月4日
發明者劉瑞金, 迮德東 申請人:捷頂微電子(上海)有限公司