一種雙正交摺疊開關上變頻器的製作方法
2024-01-23 05:34:15 2
專利名稱：一種雙正交摺疊開關上變頻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及射頻集成電路設計技術領域，具體涉及一種應用於多帶一
正交頻分復用超寬帶(MB-OFDM UWB)收發機射頻前端的雙正交摺疊 開關上變頻器。
背景技術：
多帶一正交頻分復用超寬帶(MB-OFDMUWB)是一種使用500MHz 以上帶寬的技術，主要用於實現短距離、高速率的無線通信，傳輸距離一 般在10m以內，傳輸速率可以達到4S0M/s甚至更高。其頻率範圍為3.1 至10.6GHz，劃分成14個信道，5個組，其中有4個組每組包含3個信道， 另一個組包含2個信道，每個信道為528MHz，並且發射功率譜密度小於 -41.25dBm/MHz0
上變頻器是收發機射頻前端的重要電路模塊，也是整個收發機的設計 難點之一。與傳統的雙平衡結構上變頻器(如圖1所示)相比，應用於 MB-OFDMUWB系統中的上變頻器具有以下特點1、工作頻率高(最高 達10.6GHz); 2、工作頻帶寬(幾個GHz)。基於以上特點，在保證增益 和噪聲係數的前提下，良好的寬帶匹配和增益平坦度是上變頻器設計的難 點。
發明內容
(一) 要解決的技術問題
有鑑於此，為解決以上難點，本發明的主要目的在於提供一種應用於 MB-OFDMUWB收發機射頻前端、工作頻率為6至9GHz、高增益且同時 能實現寬帶匹配、增益平坦度的CMOS雙正交摺疊開關上變頻器。
(二) 技術方案為達到上述目的，本發明提供的技術方案如下
一種用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻前端的雙正交摺疊開 關上變頻器，該雙正交摺疊開關上變頻器由順序連接的輸入級、開關級、 開關偏置電流源和輸出級四部分構成。
上述方案中，所述輸入級由PMOS管M2、 M4、 M6、 M8， NMOS管 Ml、 M3、 M5、 M7，反饋電阻R1 R4和隔直電容C1 C8構成類似反 相器的結構；上述PMOS管、NMOS管、反饋電阻和隔直電容之間的連 接關係為輸入I、 Q兩路信號BB—1+、 BB—1-、 BB—Q+、 BB—Q-分別加在 M2、 M4、 M6、 M8的柵極上，M2、 M4、 M6、 M8的柵極分別與Cl 、 C3、 C5、 C7的一端相連，源級都接電源，漏級分別與Ml、 M3、 M5、 M7的漏級相連，同時漏級也分別與R1、 R2、 R3、 R4、 C2、 C4、 C6、 C8 的一端相連，Ml、 M3、 M5、 M7的柵極分別與C1 、 C3、 C5、 C7、 Rl、 R2、 R3、 R4的另一端相連，源級都接地，C2、 C4、 C6、 C8的另一端分 別接開關級NMOS管M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源級 和開關偏置電流源M17、 M18、 M19、 M20的漏級。
上述方案中，所述開關級由NMOS管開關對M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16構成，上述NMOS管開關對之間的連接關係為M9、 Mll、 M13、 M15的源級分別與MIO、 M12、 M14、 M16的源級連在一起， M9、 Mll、 M13、 M15的源級並分別接在開關偏置電流源M17、 M18、 M19、 M20的漏級，M9、 MIO、 M13、 M14的柵極分別與M12、 Mll、 M16、 M15的柵極相連，M9、 MIO、 M13、 M14的柵極並分別接本振信 號LO—1+、 LO—1-、 LO—Q+、 LO—Q-， M9、 Mll、 M13、 M15的漏級分別 與M10、M12、M14、M16的漏級連在一起，並分別接輸出VOUT+、 VOUT-。
上述方案中，所述開關偏置電流源由NMOS管M17、 M18、 M19、 M20構成，該四個NMOS管M17、 M18、 M19、 M20的漏級分別連在開 關對M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源級，柵極均接偏置電 流IB，源級均接地。
(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發 具有以下有益效果
5本發明中的這種用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻前端的雙 正交摺疊開關上變頻器與已有的設計方案相比，具有以下兩個明顯的優 點
1、 輸入級採用帶有電阻負反饋的類似於反相器的結構，信號通過交 流耦合送入開關級，易於實現寬帶匹配，且不佔用額外的晶片面積；
2、 開關級的偏置電流由單獨的電流源提供，而不由輸入級提供，所 以該偏置電流可以設計為較小的值，既能減小噪聲，又能提高增益，還能 降低電壓消耗，可應用於低電源電壓系統中。
綜上所述，採用本發明提供的用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射 頻前端的雙正交摺疊開關上變頻器，能使其各項性能指標都滿足系統要 求。
圖1為傳統的雙平衡結構上變頻器的示意圖2為本發明提出的用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻前端的 雙正交摺疊開關上變頻器的示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
本發明提出的用於MB-OFDM UWB的6-9GHz CMOS雙正交摺疊開 關混頻器，結合附圖及實施例詳細說明如下
圖2為本發明提出的用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻前端的
雙正交摺疊開關上變頻器的示意圖，它由四個部分構成輸入級，開關級，
開關偏置電流源，及輸出級。其中，I、 Q兩路差分輸入信號由輸入級轉變
為差分電流信號，分別通過交流耦合送入開關管的源級，然後差分電流信 號與本振信號在開關管中進行混頻，完成頻率變換功能，得到差分輸出信
號(VOUT+、 VOUT-)，由輸出級送往片外，進行其它處理。
該上變頻器的輸入級採用了帶有電阻負反饋的類似於反相器的結構， 它完成兩個功能輸入電壓到電流的轉換以及阻抗匹配。其電路圖如圖2所示，PMOS管M2、 M4、 M6、 M8， NMOS管Ml、 M3、 M5、 M7，反 饋電阻R1 R4及隔直電容C1 C8構成類似反相器的結構；其連接關係 為輸入I、 Q兩路信號BB—1+、 BB一I陽、BB一Q+、 BB—Q-分別加在M2、 M4、 M6、 M8的柵極上，M2、 M4、 M6、 M8的柵極分別與Cl 、 C3、 C5、 C7的一端相連，源級都接電源，漏級分別與M1、 M3、 M5、 M7的 漏級相連，同時也分別與R1、 R2、 R3、 R4、 C2、 C4、 C6、 C8的一端相 連，Ml、 M3、 M5、 M7的柵極分別與C1 、 C3、 C5、 C7、 Rl、 R2、 R3、 R4的另一端相連，源級都接地，C2、 C4、 C6、 C8的另一端分別接開關級 NMOS管M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源級和開關偏置電 流源M17、 M18、 M19、 M20的漏級。另外，開關級的偏置電流由單獨的 電流源提供，而不由輸入級提供，所以該偏置電流可以設計為較小的值， 既能減小噪聲，又能提高增益，還能降低電壓消耗，可應用於低電源電壓 系統中。開關偏置電流源由M17、 M18、 M19、 M20構成，這四個NMOS 管的漏級分別連在開關對M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源 級，柵極均接偏置電流IB，源級均接地。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而 己，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻前端的雙正交摺疊開關上變頻器，其特徵在於，該雙正交摺疊開關上變頻器由順序連接的輸入級、開關級、開關偏置電流源和輸出級四部分構成。
2、 根據權利要求1所述的用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻 前端的雙正交摺疊開關上變頻器，其特徵在於，所述輸入級由PMOS管 M2、 M4、 M6、 M8，畫OS管Ml、 M3、 M5、 M7，反饋電阻R1 R4 和隔直電容C1 C8構成類似反相器的結構；上述PMOS管、NMOS管、 反饋電阻和隔直電容之間的連接關係為輸入I、Q兩路信號BB一I+、BB一I-、 BB—Q+、 BB—Q-分別加在M2、 M4、 M6、 M8的柵極上，M2、 M4、 M6、 M8的柵極分別與C1 、 C3、 C5、 C7的一端相連，源級都接電源，漏級分 別與M1、 M3、 M5、 M7的漏級相連，同時漏級也分別與R1、 R2、 R3、 R4、 C2、 C4、 C6、 C8的一端相連，Ml、 M3、 M5、 M7的柵極分別與Cl 、 C3、 C5、 C7、 Rl、 R2、 R3、 R4的另一端相連，源級都接地，C2、 C4、 C6、 C8的另一端分別接開關級NMOS管M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16的源級和開關偏置電流源M17、 M18、 M19、 M20的漏級。
3、 根據權利要求1所述的用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻 前端的雙正交摺疊開關上變頻器，其特徵在於，所述開關級由NMOS管 開關對M9/M10、 Mll/M12、 M13/M14、 M15/M16構成，上述NMOS管 開關對之間的連接關係為M9、 Mll、 M13、 M15的源級分別與MIO、 M12、 M14、 M16的源級連在一起，M9、 Mll、 M13、 M15的源級並分別 接在開關偏置電流源M17、 M18、 M19、 M20的漏級，M9、 MIO、 M13、 M14的柵極分別與M12、 Mll、 M16、 M15的柵極相連，M9、 MIO、 M13、 M14的柵極並分別接本振信號LO—1+、 LO—1-、 LO—Q+、 LO—Q-， M9、 Mll、 M13、 M15的漏級分別與MIO、 M12、 M14、 M16的漏級連在一起， 並分別接輸出VOUT+、 VOUT-。
4、 根據權利要求1所述的用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻 前端的雙正交摺疊開關上變頻器，其特徵在於，所述開關偏置電流源由 NMOS管M17、 M18、 M19、 M20構成，該四個NMOS管M17、 M18、M19、M20的漏級分別連在開關對M9/M10、M11/M12、M13/M14、M15/M16 的源級，柵極均接偏置電流IB，源級均接地。
全文摘要
本發明公開了一種用於多帶正交頻分復用超寬帶收發機射頻前端的雙正交摺疊開關上變頻器，該雙正交摺疊開關上變頻器由順序連接的輸入級、開關級、開關偏置電流源和輸出級四部分構成。其中輸入級由M1至M8、R1至R4及C1至C8構成，將輸入電壓信號轉變為電流信號，通過電容耦合到開關級，並實現寬帶阻抗匹配；開關級由M9至M16構成，對電流信號進行周期性換向，完成頻率變換功能；開關偏置電流源由M17至M20構成，為開關級提供偏置電流。該雙正交摺疊開關上變頻器中開關級的偏置電流由電流源單獨提供，而不是由跨導級決定，既能降低噪聲，提供高增益，還利於進行輸入寬帶匹配。同時由於採用了摺疊結構，對電源電壓的要求降低，可用於低電源電壓設計中。
文檔編號H03D7/14GK101621277SQ20081011604
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月2日 優先權日2008年7月2日
發明者張海英, 雷牡敏 申請人:中國科學院微電子研究所