CN102545786A - 射频识别中的高线性度混频器 - Google Patents

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景一欧
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Abstract

本发明公开了一种射频识别中的高线性度混频器，包括：负载电路；开关电路，连接于负载电路，开关电路和负载电路的连接处为信号输出端；开关电路包括第一电流路径；跨导电路，包括二个并联连接的输入跨导管；各输入跨导管都连接于第一电流路径上；各输入跨导管的信号输入端分别连接一偏置电阻，各输入跨导管的偏置电阻分别和一偏置电压相连接；各跨导管的信号输入端还分别连接一输入隔直电容，各输入隔直电容都和射频信号相连接。本发明能提高混频器的线性度、提高处理大信号的能力，还能增加混频器的转换增益。

Description

射频识别中的高线性度混频器
技术领域
本发明涉及一种混频器，特别是涉及一种射频识别中的高线性度混频器。
背景技术
在射频识别(RFID)的通讯***中，混频器是最重要的电路模块之一，它向下转换得到的是中频或零频信号，向上转换得到的是射频信号。因为混频器有着两种频率的信号，同时射频信号也已经被低噪声放大器放大，所以对线性度等指标的要求比较高。对于混频器电路，大体上分两种结构，一种是有源混频器，即Gilbert结构，另一种是无源混频器。有源混频器的噪声系数和增益都比较好，而无源混频器则有着较高的线性度，所以设计高线性度的有源混频器是个难题。
如图1所示，为现有Gilbert混频器的电路图，现有Gilbert混频器是由跨导电路、开关电路和负载电路组成。
所述负载电路包括第一负载电阻R2和第二负载电阻R3，第一负载电阻R2和第二负载电阻R3的第一端都和电源电压VDD相连。
所述开关电路包括第一NMOS开关管M2和第二NMOS开关管M3，所述第一NMOS开关管M2和第二NMOS开关管M3的源极相连接且该连接处形成所述开关电路的第一电流路径的输出端，所述第一NMOS开关管M2的漏极和第一负载电阻R2的第二端相连、所述第二NMOS开关管M3的漏极和第二负载电阻R3的第二端相连。所述第一负载电阻R2的第二端为所述负载电路的第一输出端并组成第一信号输出端，所述第二负载电阻R3的第二端为所述负载电路的第二输出端并组成第二信号输出端，所述第一信号输出端和第一输出隔直电容C2的第一端相连、所述第二信号输出端和第二输出隔直电容C3的第一端相连，第一输出隔直电容C2的第二端输出中频电压信号IF+、第二输出隔直电容C3的第二端输出中频电压信号IE-。所述第一NMOS开关管M2的栅极接本振信号LO+、所述第二NMOS开关管M3的栅极接本振信号LO-。
所述跨导电路包括NMOS管M1、输入隔直电容C1和偏置电阻R1。所述NMOS管M1的源极接地、所述NMOS管M1的漏极和所述开关电路的第一电流路径的输出端即所述第一NMOS开关管M2和第二NMOS开关管M3的源极相连；所述NMOS管M1的栅极为信号输入端。所述NMOS管M1的栅极和所述偏置电阻R1的第一端相连、所述偏置电阻R1的第二端接偏置电压Vb1。所述NMOS管M1的栅极还和所述输入隔直电容C1的第一端相连，所述输入隔直电容C1的第二端接射频电压信号RF。
现有Gi lbert混频器中，所述跨导电路将射频电压信号RF转换成射频电流信号。本振信号LO+和LO-输入到开关电路中，从而控制所述第一NMOS开关管M2和第二NMOS开关管M3的开和关，最后通过负载电路得到混频后的信号。现有Gilbert混频器的线性度主要取决于输入级跨导管即所述NMOS管M1，输入级跨导管在输入信号即所述射频电压信号RF较小时，输出的小信号电流即所述射频电流信号和输入的小信号电压呈现较好的线性关系，但是随着输入信号幅度的增大，跨导随着输入信号变化导致输出电流不在随输入电压线性变化，所以导致线性度变差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频识别中的高线性度混频器，能提高混频器的线性度、提高处理大信号的能力，还能增加混频器的转换增益。
为解决上述技术问题，本发明提供的射频识别中的高线性度混频器包括：一负载电路。一开关电路，连接于所述负载电路，所述开关电路和所述负载电路的连接处为信号输出端；所述开关电路包括第一电流路径。一跨导电路，包括2个并联连接的输入跨导管；各所述输入跨导管都连接于所述第一电流路径上；各所述输入跨导管的信号输入端分别连接一偏置电阻，各所述输入跨导管的偏置电阻分别和一偏置电压相连接；各所述跨导管的信号输入端还分别连接一输入隔直电容，各所述输入隔直电容都和射频信号相连接。
更进一步的改进是，各所述输入跨导管的偏置电阻和偏置电压分别独立设置，各所述输入跨导管的输入端偏置于不同的电压上。
更进一步的改进是，各所述输入跨导管为NMOS管，各所述NMOS管的源极接地、各所述NMOS管的漏极和所述开关电路的第一电流路径的输出端相连；各所述NMOS管的栅极为信号输入端。
更进一步的改进是，所述开关电路包括第一NMOS开关管和第二NMOS开关管；所述第一NMOS开关管和第二NMOS开关管的源极相连接且为所述开关电路的第一电流路径的输出端，所述第一NMOS开关管的漏极和所述负载电路的第一输出端相连、所述第二NMOS开关管的漏极和所述负载电路的第二输出端相连，所述负载电路的第一输出端组成第一信号输出端、所述负载电路的第二输出端组成第二信号输出端，所述第一信号输出端和所述第二信号输出端分别连接一输出隔直电容，各所述输出隔直电容输出中频信号。
更进一步的改进是，所述负载电路包括第一负载电阻和第二负载电阻；所述第一负载电阻的第一端连接电源电压、所述第一负载电阻的第二端为所述负载电路的第一输出端；所述第二负载电阻的第一端连接电源电压、所述第二负载电阻的第二端为所述负载电路的第二输出端。
本发明各所述输入跨导管的并联结构能够使跨导电路的总跨导在更大的信号范围内呈现线性关系，从而能够限制提高混频器的线性度，提高处理大信号的能力。另外本发明还能增加混频器的转换增益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有Gilbert混频器的电路图；
图2是本发明实施例射频识别中的高线性度混频器的电路图；
图3是本发明实施例的IIP3和Vb2的关系曲线。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例射频识别中的高线性度混频器的电路图。本发明实施例包括一负载电路、一开关电路和一跨导电路。所述负载电路和所述开关电路和如图1所示的现有Gilbert混频器的电路结构一样。以下仅对本发明实施例的所述跨导电路进行描述。本发明实施例的所述跨导电路包括第一NMOS管M11、第二NMOS管M12、第一输入隔直电容C11、第一偏置电阻R11、第二输入隔直电容C12、第二偏置电阻R12。
所述第一NMOS管M11和所述第二NMOS管M12的源极接地、所述第一NMOS管M11和所述第二NMOS管M12的漏极相连接且都和所述开关电路的第一电流路径的输出端即所述第一NMOS开关管M2和第二NMOS开关管M3的源极相连。
所述第一NMOS管M11的栅极为第一信号输入端、所述第二NMOS管M12的栅极为第二信号输入端。所述第一NMOS管M11的栅极和所述第一偏置电阻R11的第一端相连、所述第一偏置电阻R11的第二端接偏置电压Vb1；所述第二NMOS管M12的栅极和所述第二偏置电阻R12的第一端相连、所述第二偏置电阻R12的第二端接偏置电压Vb2。
所述第一NMOS管M11的栅极还和所述第一输入隔直电容C11的第一端相连、所述第一输入隔直电容C11的第二端接射频电压信号RF；所述第二NMOS管M12的栅极还和所述第二输入隔直电容C12的第一端相连、所述第二输入隔直电容C12的第二端接射频电压信号RF。
下面详细说明本发明技术方案的工作原理。
射频电压信号RF分别接入所述第一输入隔直电容C11和所述第二输入隔直电容C12的第二端，经各输入隔直电容的隔直后RF的交流电压信号分别进入了第一NMOS管M11的栅极和第二NMOS管M12的栅极，经所述第一NMOS管M11和所述第二NMOS管M12的转换后将RF的交流电压信号转换为RF的交流电流信号。本振信号LO+和LO-为一对幅度固定的差分信号，这两个信号能控制所述第一NMOS开关管M2和第二NMOS开关管M3的开关状态，RF的交流电流信号流过开关管后，在负载即第一偏置电阻R11和所述第二偏置电阻R12上就产生了电压将，负载上的电压降经所述第一输出隔直电容C2和所述第二输出隔直电容C3的隔直后分别在所述第一输出隔直电容C2的第二端输出中频电压信号IF+、第二输出隔直电容C3的第二端输出中频电压信号IF-，所述中频电压信号IF+和IF-为一对差分信号。
在CMOS电路中，由于在小的信号输入范围内，跨导管即MOS管呈现出合理的线性跨导，输入输出信号也就呈现一定的线性关系，而较大的信号就会产生一定的非线性关系。在混频器中并联一个跨导管，并且偏置在适当的电压下，虽然对于大信号每个跨导管线性较差，但是整体看来，跨导管的总跨导Gm可以在更大的信号范围内呈现线性关系，因此跨导线性化技术用在混频器中，不仅提高了增益，而且也显著提高混频器的线性度。
在如图1所示的现有Gilbert混频器中，本振信号LO+和LO-功率一定的情况下，混频器的增益为而在本发明实施例中，增益为
Figure BDA0000037161080000062
gm1为NMOS管M1或第一NMOS管M11的跨导，gm2为第二NMOS管M12的跨导，R为混频器的等效输出阻抗。由于gm2不大，所以混频器的增益只是略有增加。
由于MOS管本身存在非线性，信号通过输入级后会产生失真，其输出的小信号电流包括一阶信号以及三次谐波，我们利用各输入级在相同交流信号下不同的跨导特性进行互补，从而使得总跨导Gm尽可能平坦。结合电路仿真，可以得出本发明实施例的第二NMOS管M12具体的直流偏置电压Vb2和总的三阶输入节点(Input 3rd order intercept point，IIP3)之间的关系，如图3所示。从图3中可以看出，在增加了所述第二NMOS管M12并且将偏置电压Vb2设置在合适的电压上时，混频器的I IP3能提高9dBm，本发明实施例的混频器的线性度指标能得到显著提高。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种射频识别中的高线性度混频器，其特征在于，包括：
一负载电路；
一开关电路，连接于所述负载电路，所述开关电路和所述负载电路的连接处为信号输出端；所述开关电路包括第一电流路径；
一跨导电路，包括2个并联连接的输入跨导管；各所述输入跨导管都连接于所述第一电流路径上；各所述输入跨导管的信号输入端分别连接一偏置电阻，各所述输入跨导管的偏置电阻分别和一偏置电压相连接；各所述跨导管的信号输入端还分别连接一输入隔直电容，各所述输入隔直电容都和射频信号相连接。
2.如权利要求1所述射频识别中的高线性度混频器，其特征在于：各所述输入跨导管的偏置电阻和偏置电压分别独立设置，各所述输入跨导管的输入端偏置于不同的电压上。
3.如权利要求1所述射频识别中的高线性度混频器，其特征在于：各所述输入跨导管为NMOS管，各所述NMOS管的源极接地、各所述NMOS管的漏极和所述开关电路的第一电流路径的输出端相连；各所述NMOS管的栅极为信号输入端。
4.如权利要求1所述射频识别中的高线性度混频器，其特征在于：所述开关电路包括第一NMOS开关管和第二NMOS开关管；所述第一NMOS开关管和第二NMOS开关管的源极相连接且为所述开关电路的第一电流路径的输出端，所述第一NMOS开关管的漏极和所述负载电路的第一输出端相连、所述第二NMOS开关管的漏极和所述负载电路的第二输出端相连，所述负载电路的第一输出端组成第一信号输出端、所述负载电路的第二输出端组成第二信号输出端，所述第一信号输出端和所述第二信号输出端分别连接一输出隔直电容，各所述输出隔直电容输出中频信号。
5.如权利要求1所述射频识别中的高线性度混频器，其特征在于：所述负载电路包括第一负载电阻和第二负载电阻；所述第一负载电阻的第一端连接电源电压、所述第一负载电阻的第二端为所述负载电路的第一输出端；所述第二负载电阻的第一端连接电源电压、所述第二负载电阻的第二端为所述负载电路的第二输出端。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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