CN103166902A - 一种高线性度正交调制器射频集成电路 - Google Patents

一种高线性度正交调制器射频集成电路 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种正交调制器射频集成电路。所述电路模块包括混频器核、负载电路、前置四分频器模块和共模反馈电路，其中混频器核是整个电路的核心，采用一种新型的结构来提升***的变频线性度；前置四分频器主要产生严格的正交差分本振信号；共模反馈电路包括共模电位取出电路和误差运放。本发明通过同相和正交两路混频输出信号以电流方式在共用负载电路上进行叠加，产生高镜象抑制度的单边带射频信号，通过输出共模反馈电路控制输出差分信号的直流工作点，使得本模块易于和射频发射机前端模块进行接口。本发明高线性度、低功耗、低噪声、高镜象抑制，结构简单。

Description

一种高线性度正交调制器射频集成电路
技术领域
本发明涉及一种射频集成电路，尤其涉及一种正交调制器射频集成电路。
背景技术
射频集成电路广泛应用于各个领域如工业控制、军事技术、消费电子、汽车电子等，而互联网技术已非常普及，根据人们日常生活和工作的需要，无线网络的应用越来越受到大家的关注，无线局域网WLAN的相关技术正日新月异的发展，而WLAN的硬件技术主要体现在射频收发机上，其中所用的正交调制技术就是一项极具挑战性的研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在一定的***功耗制约下，采用一种高线性度的电路结构来实现WLAN射频发射机中所用的正交调制器。该电路采用一定的集成电路工艺（中芯国际0.18                                                
Figure 2013100861364100002DEST_PATH_IMAGE001
m RF CMOS工艺）实现。
本发明正交调制器射频集成电路，其特征在于包括高线性度混频器核、共用负载电路、前置四分频器模块和共模反馈电路，其中混频器核是整个电路的核心，采用一种新型的结构来提升***的变频线性度；前置四分频器主要产生严格的正交差分本振信号；共模反馈电路包括共模电位取出电路和误差运放。本发明通过同相和正交两路混频输出信号以电流方式在共用负载电路上进行叠加，产生高镜象抑制度的单边带射频信号，通过输出共模反馈电路控制输出差分信号的直流工作点，使得本模块易于和射频发射机前端模块进行接口。
本发明把基带信号（带宽10MHz）通过正交调制变频到1GHz载频附近，其中由于所适用的WLAN***在基带采用OFDM的数字调制技术，对射频发射机的线性度要求较高，因此本发明提出一种新型电路结构能达到较高的线性度，在满足WLAN***要求的基础上也保留了足够的裕量。
附图说明
图1：本发明结构框图；
图2：本发明电路原理图；
图3：本发明芯片版图。
具体工作方式
如图1所示。一种正交调制器射频集成电路，其特征在于包括高线性度混频器核、共用负载电路、前置四分频器模块和共模反馈电路，其中混频器核是整个电路的核心，采用一种新型的结构来提升***的变频线性度；前置四分频器主要产生严格的正交差分本振信号；共模反馈电路包括共模电位取出电路和误差运放。本发明通过同相和正交两路混频输出信号以电流方式在共用负载电路上进行叠加，产生高镜象抑制度的单边带射频信号，通过输出共模反馈电路控制输出差分信号的直流工作点，使得本模块易于和射频发射机前端模块进行接口。
先介绍本发明的调制器模块的输入输出接口，参考图1和图2所示，
传统的调制器以吉尔伯特单元为核心，输入加以预处理电路来提高线性度。但这样的结构过于复杂，且对线性度的改善也非常有限。如果在此基础上再加上电流注入等技术会进一步扩大电路的规模，另一方面功耗也会成为问题。
本设计中采用了一种新型的电路结构来完成调制。如图2所示，这种结构充分利用了MOS器件的平方律特性和交叉耦合的概念，其中，PMOS管M5~M8构成输入级，将输入信号分别跟随到M1~M4的源级，这样的输入级电路可以有效地避免M1~M4源级的低输入阻抗对输入信号产生的负载效应。这样可以等效地认为本振信号和基带输入信号分别加在了M1~M4的栅极和源级，假使
它们都能工作在饱和区，那么根据MOS管的跨导特性，会在它们的漏级产生一组电流，如式（1）所示，
      （1）
其中，
Figure 2013100861364100002DEST_PATH_IMAGE003
，则I路通道对中频电流的贡献就可以表示为式（2）：
Figure 2013100861364100002DEST_PATH_IMAGE004
                          （2）
可以看出，电路理论上严格实现了对输入信号的调制，调制的线性度可以达到很大。
图3为本发明的芯片版图，因为版图提参后会引入相当的寄生电阻和关键的寄生电容。因此版图的设计需要考虑到这些非理想的因素，由于电路全差分结构，可以尽量对称走线以减小射频EMC干扰；连线尽量短，减小寄生参数的作用；模拟与数字部分分开，作好隔离，特别是模拟电源和数字电源在芯片内部要分开提供；高精度运算放大器、电流镜和相关比例电阻（共模电平取出电路）等相关器件需要作好匹配，以减小Mismatch和Offset产生的不利影响，避免恶化电路的特性指标；在芯片空余地方加电源地的滤波电容可有效改善模块内部的电磁兼容性能。
从仿真的输出波形看电路有效实现了调制、变频的功能，而且实现了低电压、低功耗的射频电路设计。从谐波仿真来看，电路的输入增益压缩点比较高，实现了高线性度，增益适当，需要前端射频功放进行补偿。 

Claims (7)

1.一种正交调制器射频集成电路，其特征在于包括高线性度混频器核、共用负载电路、前置四分频器模块和共模反馈电路，其中混频器核是整个电路的核心，采用一种新型的电路结构来提升***的变频线性度；前置四分频器主要产生严格的正交差分本振信号；共模反馈电路包括共模电位取出电路和误差运放。
2.本发明通过同相和正交两路混频输出信号以电流方式在共用负载电路上进行叠加，产生高镜象抑制度的单边带射频信号，通过输出共模反馈电路控制输出差分信号的直流工作点，使得本模块易于和射频发射机前端模块进行接口。
3.根据权利要求1所述的正交调制器射频芯片，其特征在于所述高线性度混频器核包括同相支路和正交支路，以同相支路为例，它包括M1~M8共8只MOS场效应晶体管，其中M1~M4为N型MOS管，M5~M8为P型MOS管。
4.具体的，M1和M5、M2和M6、M3和M7、M4和M8分别源漏端相接；M5和M6、M7和M8分别接成并联形式；M1和M2、M3和M4分别接成差分对形式；M1和M3、M2和M4分别漏端相连且从这里取出输出信号电流。
5.根据权利要求1所述的正交调制器射频芯片，其特征在于所述共模反馈电路包括共模电平取出电路和误差运算放大器。
6.共模电平通过串行连接的两个电阻R1、R2中间取出，该电平送到误差运放的正输入端，与基准电压进行比较，产生控制信号反馈回作为共用负载电流源的晶体管M9、M10的栅极，进而调整输出共模电平的大小。
7.当共模电压值漂高时，误差放大器输出电压上升，控制M9、M10使得晶体管输出电流变小，从而输出共模电平被强制拉下来。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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