CN100539398C - 混频器 - Google Patents
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Abstract
一种混频器具有：一混频模块，用来混合一第一组差动信号与一第二组差动信号以产生一混合信号；一共模电压产生器，耦接至该混频模块，用来检测该混频模块的共模电压；以及一补偿模块，耦接至该共模电压产生器与该混频模块，用来依据该共模电压补偿该混频模块中多个转换晶体管的操作点偏移。该混频模块另包含有多个转换晶体管以及一电流/电压转换器，其中，该共模电压产生器是依据该第一组差动电流信号检测该共模电压。并且，该补偿模块另包含有：一偏压电路、一电压合成电路以及多个偏压单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信***中的升频器或降频器，特别涉及一种自我补偿式混频器。
背景技术
一般通信***中的升频器或降频器具有混频器(mixer)，而被动式混频器(passive mixer)则为这些混频器的典型。在一被动式混频器中，其转换晶体管是操作在非饱和区(non-saturation region)。由于被动式混频器特别适用于成本较低的直接降频(direct down conversion)的接收器(receiver)***中，因此广受注目。
依据已知技术，有些混频器由于使用了运算放大器，所以对应地产生较多的噪声。另一方面，有些互补式混频器虽然可以平衡输入信号，但是无法克服制程或温度变化造成的影响。有人建议通过增加混频器的电导(Transconductor)电路的线性区域来增加混频器线性度，却无法克服制程或温度变化对混频器的电压增益的影响。也有人提出以反馈电路来增加混频器的电导以增加混频器的线性度，也面临相同的问题。由上述可知，已知技术无法解决制程或温度变化对混频器电压增益的影响。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种混频器，以解决上述问题。
本发明的目的之一在于提供一种混频器，以减少制程或温度变化对混频器的电压增益的影响。
本发明提供一种混频器，其具有：一混频模块，用来混合一第一组差动信号与一第二组差动信号以产生一混合信号；一共模电压产生器，耦接至该混频模块，用来检测该混频模块的共模电压(common mode voltage)；以及一补偿模块，耦接至该共模电压产生器与该混频模块，用来依据该共模电压补偿该混频模块中多个转换晶体管的操作点偏移。该混频模块另包含有：多个转换晶体管，用来合成该第一组差动信号与该第二组差动信号以产生一第一组差动电流信号，以及一电流/电压转换器，耦接至该多个转换晶体管，用来依据该第一组差动电流信号产生该混合信号。其中，该共模电压产生器是依据该第一组差动电流信号检测该共模电压。且该补偿模块另包含有：一偏压电路，用来产生一偏压电压；一电压合成电路，耦接至该偏压电路，用来依据该共模电压与该偏压电压产生一合成电压；以及多个偏压单元，分别耦接至该多个转换晶体管与该电压合成电路，用来依据该合成电压补偿该些转换晶体管的操作点。
本发明另提供一种混频器，其具有：一混频模块，用来混合一第一组差动信号与一第二组差动信号以产生一混合信号，其中，该混频模块依据一第一参考电压控制该混合信号的共模电压；以及一补偿模块，耦接至该混频模块，用来依据该第一参考电压补偿该混频模块中多个转换晶体管的操作点偏移。该混频模块另包含有：多个转换晶体管，用来合成该第一组差动信号与该第二组差动信号以产生一第一组差动电流信号，以及一电流/电压转换器，耦接至该多个转换晶体管，用来依据该第一组差动电流信号产生该混合信号。且该补偿模块另包含有：一偏压电路，用来产生一偏压电压；一电压合成电路，耦接至该偏压电路，用来依据该第一参考电压与该偏压电压产生一合成电压；以及多个偏压单元，分别耦接至该混频模块与该电压合成电路，用来依据该合成电压补偿该混频模块的操作点。
附图说明
图1为本发明自我补偿式混频器的示意图。
图2为依据本发明的一第一实施例的示意图。
图3为依据本发明的一第二实施例的示意图。
图4为依据本发明的一第三实施例的示意图。
附图符号说明
| 10 转换晶体管电路 |
| 11 电流/电压转换器 |
| 12，20 直流电压缓冲器 |
| 13 偏压电路 |
| 14 电压合成电路 |
| 15 高阻抗偏压组件 |
| 21 共模电压输出电路 |
| 30，31 交流耦合电容 |
| 40 共模参考电压 |
| 100 自我补偿式混频器 |
| 100m 混频模块 |
| 100d 共模电压产生器 |
| 100c 补偿模块 |
| 101 转换晶体管 |
| 111，112，118，119 输入端 |
| 113，114 转换晶体管电路的输出端 |
| 115 共模电压 |
| 116 偏压电压 |
| 117 合成电压 |
| 120，121 输出端 |
| 131 参考晶体管 |
| 132 参考电流源 |
| 211，212 共模电压分压电阻 |
| 213 负载电阻 |
| 300，301，302 晶体管 |
| 303 电流源 |
| 304 电阻 |
| 305，306，401，402 负载电阻 |
| 307，308 反馈电阻 |
| 309，310 转导晶体管 |
| 403 差动运算放大器 |
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明自我补偿式混频器100的示意图。自我补偿式混频器100可区分为：混频模块100m、共模电压产生器100d、与补偿模块100c等部份，在本实施例，每组输入/输出端(111，112)、(113，114)、(118，119)、与(120，121)上的信号是差动信号。以下虽然以降频器为例进行说明，此非对本发明的限制。混频模块100m中的转换晶体管电路10具有多个转换晶体管(switching transistor)101，用来混合自输入端111与112所输入的射频信号与自输入端118与119所输入的合成信号(synthesizer signal)，以在转换晶体管电路10的输出端113与114上产生一第一组差动电流信号。图1所示的转换晶体管电路10是一被动混频器(passive mixer)，其运作原理是为同业所熟知，故不在此赘述。而混频模块100m中的电流/电压转换器11则将该第一组差动电流信号转换为输出端120与121上的一第一组差动电压信号，该第一组差动电压信号即为上述的射频信号与合成信号的混合信号。
共模电压产生器100d可直接产生一共模电压(common mode voltage)或是检测转换晶体管101的输出端113与114的直流电压，也就是输出端113与114上的电压的平均电平，在此是被称共模电压。在补偿模块100c中，电压合成电路14迭加(superpose)偏压电路13所输出的偏压电压116与共模电压产生器100d所输出的共模电压115以产生一合成电压117。而通过两偏压(baising)单元15偏压转换晶体管101的栅极，转换晶体管101的栅极118与119上的平均电压会等于合成电压117。此处的偏压单元15是为两高阻抗偏压组件，可为电阻值R的两电阻。
如图1所示，偏压电路13具有一参考晶体管131与一参考电流源132，其中晶体管131的栅极是耦接于其漏极，而电流源132则驱动晶体管131以产生偏压电压116。晶体管101与131皆为金氧半场效晶体管(MOSFET)。由于晶体管101与131皆具有相同的特性，所以转换晶体管101的栅-源极电压将会跟随参考晶体管131的栅-源极电压一起变化。在此，偏压电压116即为晶体管131的栅-源极电压(gate-to-source voltage，Vgs)，是由参考电流源132决定。通过图1所示的补偿模块100c，本发明的自我补偿式混频器100即可自行补偿混频模块100m中的转换晶体管101的操作点偏移，因此能解决制程或温度变化对混频器的电压增益的影响。
请注意，虽然晶体管的阈值电压(threshold voltage)Vth会随着制程或温度而变化，但因为转换晶体管101的栅-源极电压会跟随参考晶体管131的栅-源极电压一起变化，所以转换晶体管101的转导(transconductance，gm)只会依参考电流源132的电流而改变。此电流源132可以使用固定转导(constant gm)电流源。如此一来，晶体管101的转导就不会随着制程或温度而改变，也就是维持一定值，所以被动混频器的电压增益便不会随着制程或温度而改变。
请参考图2，图2为依据本发明的一第一实施例的自我补偿式混频器的示意图。本实施例的共模电压产生器100d是以两相同电阻值的电阻211与212取得输出端113与114的共模电压，并且以直流电压缓冲器12输出该共模电压115。通过晶体管131耦接于直流电压缓冲器12，再以一直流电压缓冲器20将共模电压115与晶体管131的栅-源极电压116迭加以产生合成电压117，并通过两电阻15将合成电压117输出至输入端118与119，即可实现图1中的补偿模块100c。本实施例的电流/电压转换器11是为一电阻213，是业界所熟知，故不赘述其原理。
请参考图3，图3为依据本发明的一第二实施例的自我补偿式混频器的示意图。本实施例的射频信号是通过输入端111与112所分别耦接的交流偶合电容30与31进入转换晶体管电路10。在本实施例中，电流/电压转换器11具有：两个转导晶体管(transconductor transistor)309与310，负载电阻(loading resistor)305与306，以及反馈电阻(feedback resistor)307与308。由于如图3所示组件305-310的对称性，流经晶体管300的漏极与源极的总电流是流经转导晶体管309的漏极与源极的平均电流的两倍，亦为流经转导晶体管310的平均电流的两倍，在此择一说明。本实施例的共模电压产生器100d具有一共模电压跟随电路，其具有晶体管301与302，电流源303，以及电阻304，是形成一第二电流镜。通过上述晶体管300与309的电流对应关系，电流/电压转换器11中的电阻305与晶体管309是与该共模电压跟随电路中的电流源303与晶体管302形成一第一电流镜。由于该第一、第二电流镜具有彼此对应的电流，节点A的平均电压是与节点B的电压成正比。在本实施例中，电阻304与305的电阻值的比例是依需要而设定，以控制节点A与节点B的电压的比例。其余与该第一实施例重复之处不再赘述。
请参考图4，图4为依据本发明的一第三实施例的自我补偿式混频器的示意图。本实施例的电流/电压转换器11具有：两个负载电阻401与402，以及差动运算放大器403，该差动运算放大器403具有一共模电压输入端子CM，用来控制输出信号的共模电压。在本实施例中，该共模电压可由外部输入来控制，即通过自共模电压输入端子CM所输入的参考电压40来控制。其余重复之处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种混频器，包含：
一混频模块，用来混合一第一组差动信号与一第二组差动信号以产生一混合信号，其中，该混频模块另包含有：
多个转换晶体管，用来合成该第一组差动信号与该第二组差动信号以产生一第一组差动电流信号，以及
一电流/电压转换器，耦接至该多个转换晶体管，用来依据该第一组差动电流信号产生该混合信号；
一共模电压产生器，耦接至该混频模块，用来检测该混频模块的共模电压，其中，该共模电压产生器是依据该第一组差动电流信号检测该共模电压；以及
一补偿模块，耦接至该共模电压产生器与该混频模块，用来依据该共模电压补偿该混频模块的操作点，其中，该补偿模块另包含有：
一偏压电路，用来产生一偏压电压；
一电压合成电路，耦接至该偏压电路，用来依据该共模电压与该偏压电压产生一合成电压；以及
多个偏压单元，分别耦接至该多个转换晶体管与该电压合成电路，用来依据该合成电压补偿该些转换晶体管的操作点。。
2.如权利要求1所述的混频器，其中，该偏压电路包含有：
一参考晶体管，其栅极耦接于其漏极；以及
一参考电流源，耦接至该参考晶体管，用来驱动该参考晶体管以产生该偏压电压。
3.如权利要求2所述的混频器，其中，该参考晶体管与多个转换晶体管是对应实质上相同的特性。
4.如权利要求1所述的混频器，其中，该共模电压产生器包含有：
多个共模电压分压电阻，用来将该第一组差动电流信号转换为该共模电压。
5.如权利要求1所述的混频器，其中，该共模电压产生器包含有：
一共模电压跟随电路，用来与该电流/电压转换器形成一第一电流镜，且该共模电压跟随电路包含有一第二电流镜，其中，该第一电流镜是耦接至多个转换晶体管，以及该第二电流镜是耦接至该补偿模块。
6.一种混频器，包含有：
一混频模块，用来混合一第一组差动信号与一第二组差动信号以产生一混合信号，其中，该混频模块依据一第一参考电压控制该混合信号的共模电压，且该混频模块另包含有：
多个转换晶体管，用来合成该第一组差动信号与该第二组差动信号以产生一第一组差动电流信号，以及
一电流/电压转换器，耦接至该多个转换晶体管，用来依据该第一组差动电流信号产生该混合信号；以及
一补偿模块，耦接至该混频模块，用来依据该第一参考电压补偿该混频模块的操作点偏移，其中，该补偿模块另包含有：
一偏压电路，用来产生一偏压电压；
一电压合成电路，耦接至该偏压电路，用来依据该第一参考电压与该偏压电压产生一合成电压；以及
多个偏压单元，分别耦接至该混频模块与该电压合成电路，用来依据该合成电压补偿该混频模块的操作点。
7.如权利要求6所述的混频器，其中，该偏压电路包含有：
一参考晶体管，其栅极耦接于其漏极；以及
一参考电流源，耦接至该参考晶体管，用来驱动该参考晶体管以产生该偏压电压；
其中，该参考晶体管与该混频模块的多个转换晶体管是为对应相同的晶体管特性。
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