混頻器的製作方法

2023-10-11 02:33:59 2

專利名稱：混頻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通信系統中的升頻器或降頻器，特別涉及一種自我補償式混頻器。
背景技術：
一般通信系統中的升頻器或降頻器具有混頻器(mixer)，而被動式混頻器(passive mixer)則為這些混頻器的典型。在一被動式混頻器中，其轉換電晶體是操作在非飽和區(non-saturation region)。由於被動式混頻器特別適用於成本較低的直接降頻(direct down conversion)的接收器(receiver)系統中，因此廣受注目。
依據已知技術，有些混頻器由於使用了運算放大器，所以對應地產生較多的噪聲。另一方面，有些互補式混頻器雖然可以平衡輸入信號，但是無法克服製程或溫度變化造成的影響。有人建議通過增加混頻器的電導(Transconductor)電路的線性區域來增加混頻器線性度，卻無法克服製程或溫度變化對混頻器的電壓增益的影響。也有人提出以反饋電路來增加混頻器的電導以增加混頻器的線性度，也面臨相同的問題。由上述可知，已知技術無法解決製程或溫度變化對混頻器電壓增益的影響。

發明內容
本發明的目的之一在於提供一種混頻器，以解決上述問題。
本發明的目的之一在於提供一種混頻器，以減少製程或溫度變化對混頻器的電壓增益的影響。
本發明提供一種混頻器，其具有一混頻模塊，用來混合一第一組差動信號與一第二組差動信號以產生一混合信號；一共模電壓產生器，耦接至該混頻模塊，用來檢測該混頻模塊的共模電壓(common mode voltage)；以及一補償模塊，耦接至該共模電壓產生器與該混頻模塊，用來依據該共模電壓補償該混頻模塊中多個轉換電晶體的操作點偏移。
本發明另提供一種混頻器，其具有一混頻模塊，用來混合一第一組差動信號與一第二組差動信號以產生一混合信號，其中，該混頻模塊依據一第一參考電壓控制該混合信號的共模電壓；以及一補償模塊，耦接至該混頻模塊，用來依據該第一參考電壓補償該混頻模塊中多個轉換電晶體的操作點偏移。


圖1為本發明自我補償式混頻器的示意圖。
圖2為依據本發明的一第一實施例的示意圖。
圖3為依據本發明的一第二實施例的示意圖。
圖4為依據本發明的一第三實施例的示意圖。
附圖符號說明


具體實施方式
請參考圖1，圖1為本發明自我補償式混頻器100的示意圖。自我補償式混頻器100可區分為混頻模塊100m、共模電壓產生器100d、與補償模塊100c等部份，在本實施例，每組輸入/輸出端(111，112)、(113，114)、(118，119)、與(120，121)上的信號是差動信號。以下雖然以降頻器為例進行說明，此非對本發明的限制。混頻模塊100m中的轉換電晶體電路10具有多個轉換電晶體(switching transistor)101，用來混合自輸入端111與112所輸入的射頻信號與自輸入端118與119所輸入的合成信號(synthesizer signal)，以在轉換電晶體電路10的輸出端113與114上產生一第一組差動電流信號。圖1所示的轉換電晶體電路10是一被動混頻器(passive mixer)，其運作原理是為同業所熟知，故不在此贅述。而混頻模塊100m中的電流/電壓轉換器11則將該第一組差動電流信號轉換為輸出端120與121上的一第一組差動電壓信號，該第一組差動電壓信號即為上述的射頻信號與合成信號的混合信號。
共模電壓產生器100d可直接產生一共模電壓(common mode voltage)或是檢測轉換電晶體101的輸出端113與114的直流電壓，也就是輸出端113與114上的電壓的平均電平，在此是被稱共模電壓。在補償模塊100c中，電壓合成電路14迭加(superpose)偏壓電路13所輸出的偏壓電壓116與共模電壓產生器100d所輸出的共模電壓115以產生一合成電壓117。而通過兩偏壓(baising)單元15偏壓轉換電晶體101的柵極，轉換電晶體101的柵極118與119上的平均電壓會等於合成電壓117。此處的偏壓單元15是為兩高阻抗偏壓組件，可為電阻值R的兩電阻。
如圖1所示，偏壓電路13具有一參考電晶體131與一參考電流源132，其中電晶體131的柵極是耦接於其漏極，而電流源132則驅動電晶體131以產生偏壓電壓116。電晶體101與131皆為金氧半場效電晶體(MOSFET)。由於電晶體101與131皆具有相同的特性，所以轉換電晶體101的柵-源極電壓將會跟隨參考電晶體131的柵-源極電壓一起變化。在此，偏壓電壓116即為電晶體131的柵-源極電壓(gate-to-source voltage，Vgs)，是由參考電流源132決定。通過圖1所示的補償模塊100c，本發明的自我補償式混頻器100即可自行補償混頻模塊100m中的轉換電晶體101的操作點偏移，因此能解決製程或溫度變化對混頻器的電壓增益的影響。
請注意，雖然電晶體的閾值電壓(threshold voltage)Vth會隨著製程或溫度而變化，但因為轉換電晶體101的柵-源極電壓會跟隨參考電晶體131的柵-源極電壓一起變化，所以轉換電晶體101的轉導(transconductance，gm)只會依參考電流源132的電流而改變。此電流源132可以使用固定轉導(constant gm)電流源。如此一來，電晶體101的轉導就不會隨著製程或溫度而改變，也就是維持一定值，所以被動混頻器的電壓增益便不會隨著製程或溫度而改變。
請參考圖2，圖2為依據本發明的一第一實施例的自我補償式混頻器的示意圖。本實施例的共模電壓產生器100d是以兩相同電阻值的電阻211與212取得輸出端113與114的共模電壓，並且以直流電壓緩衝器12輸出該共模電壓115。通過電晶體131耦接於直流電壓緩衝器12，再以一直流電壓緩衝器20將共模電壓115與電晶體131的柵-源極電壓116迭加以產生合成電壓117，並通過兩電阻15將合成電壓117輸出至輸入端118與119，即可實現圖1中的補償模塊100c。本實施例的電流/電壓轉換器11是為一電阻213，是業界所熟知，故不贅述其原理。
請參考圖3，圖3為依據本發明的一第二實施例的自我補償式混頻器的示意圖。本實施例的射頻信號是通過輸入端111與112所分別耦接的交流偶合電容30與31進入轉換電晶體電路10。在本實施例中，電流/電壓轉換器11具有兩個轉導電晶體(transconductor trahsistor)309與310，負載電阻(loading resistor)305與306，以及反饋電阻(feedback resistor)307與308。由於如圖3所示組件305-310的對稱性，流經電晶體300的漏極與源極的總電流是流經轉導電晶體309的漏極與源極的平均電流的兩倍，亦為流經轉導電晶體310的平均電流的兩倍，在此擇一說明。本實施例的共模電壓產生器100d具有一共模電壓跟隨電路，其具有電晶體301與302，電流源303，以及電阻304，是形成一第二電流鏡。通過上述電晶體300與309的電流對應關係，電流/電壓轉換器11中的電阻305與電晶體309是與該共模電壓跟隨電路中的電流源303與電晶體302形成一第一電流鏡。由於該第一、第二電流鏡具有彼此對應的電流，節點A的平均電壓是與節點B的電壓成正比。在本實施例中，電阻304與305的電阻值的比例是依需要而設定，以控制節點A與節點B的電壓的比例。其餘與該第一實施例重複之處不再贅述。
請參考圖4，圖4為依據本發明的一第三實施例的自我補償式混頻器的示意圖。本實施例的電流/電壓轉換器11具有兩個負載電阻401與402，以及差動運算放大器403，該差動運算放大器403具有一共模電壓輸入端子CM，用來控制輸出信號的共模電壓。在本實施例中，該共模電壓可由外部輸入來控制，即通過自共模電壓輸入端子CM所輸入的參考電壓40來控制。其餘重複之處不再贅述。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種混頻器，包含一混頻模塊，用來混合一第一組差動信號與一第二組差動信號以產生一混合信號；一共模電壓產生器，耦接至該混頻模塊，用來檢測該混頻模塊的共模電壓；以及一補償模塊，耦接至該共模電壓產生器與該混頻模塊，用來依據該共模電壓補償該混頻模塊的操作點。
2.如權利要求1所述的混頻器，其中，該混頻模塊另包含有多個轉換電晶體，用來合成該第一組差動信號與該第二組差動信號以產生一第一組差動電流信號，以及一電流/電壓轉換器，耦接至該多個轉換電晶體，用來依據該第一組差動電流信號產生該混合信號；其中，該共模電壓產生器是依據該第一組差動電流信號檢測該共模電壓。
3.如權利要求2所述的混頻器，其中，該補償模塊另包含有一偏壓電路，用來產生一偏壓電壓；一電壓合成電路，耦接至該偏壓電路，用來依據該共模電壓與該偏壓電壓產生一合成電壓；以及多個偏壓單元，分別耦接至該多個轉換電晶體與該電壓合成電路，用來依據該合成電壓補償該些轉換電晶體的操作點。
4.如權利要求3所述的混頻器，其中，該偏壓電路包含有一參考電晶體，其柵極耦接於其漏極；以及一參考電流源，耦接至該參考電晶體，用來驅動該參考電晶體以產生該偏壓電壓。
5.如權利要求4所述的混頻器，其中，該參考電晶體與該轉換電晶體是對應實質上相同的特性。
6.如權利要求2所述的混頻器，其中，該共模電壓產生器包含有多個共模電壓分壓電阻，用來將該第一組差動電流信號轉換為該共模電壓。
7.如權利要求2所述的混頻器，其中，該共模電壓產生器包含有一共模電壓跟隨電路，用來與該電流/電壓轉換器形成一第一電流鏡，且該共模電壓跟隨電路包含有一第二電流鏡，其中，該第一電流鏡是耦接至該轉換電晶體，以及該第二電流鏡是耦接至該補償模塊。
8.一種混頻器，包含有一混頻模塊，用來混合一第一組差動信號與一第二組差動信號以產生一混合信號，其中，該混頻模塊依據一第一參考電壓控制該混合信號的共模電壓；以及一補償模塊，耦接至該混頻模塊，用來依據該第一參考電壓補償該混頻模塊的操作點偏移。
9.如權利要求8所述的混頻器，其中，該補償模塊另包含有一偏壓電路，用來產生一偏壓電壓；一電壓合成電路，耦接至該偏壓電路，用來依據該第一參考電壓與該偏壓電壓產生一合成電壓；以及多個偏壓單元，分別耦接至該混頻模塊與該電壓合成電路，用來依據該合成電壓補償該混頻模塊的操作點。
10.如權利要求9所述的混頻器，其中，該偏壓電路包含有一參考電晶體，其柵極耦接於其漏極；以及一參考電流源，耦接至該參考電晶體，用來驅動該參考電晶體以產生該偏壓電壓；其中，該參考電晶體與該混頻模塊的多個轉換電晶體是為對應相同的電晶體特性。
全文摘要
一種混頻器具有一混頻模塊，用來混合一第一組差動信號與一第二組差動信號以產生一混合信號；一共模電壓產生器，耦接至該混頻模塊，用來檢測該混頻模塊的共模電壓；以及一補償模塊，耦接至該共模電壓產生器與該混頻模塊，用來依據該共模電壓補償該混頻模塊中多個轉換電晶體的操作點偏移。
文檔編號H04B1/26GK1741369SQ20041005792
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月26日 優先權日2004年8月26日
發明者林盈熙 申請人:瑞昱半導體股份有限公司