DE69028275T2 - GALLIUM ARSENIDE SHIFT MIXER - Google Patents

Abstract

A GaAs switching mixer (10) receives an information signal (16) and an injection signal (20) to provide an intermediate frequency signal. The injection signal (20) controls enhancement mode GaAs devices (18 and 22) so as to minimize the required injection drive level and harmonic distortion.

Description

Technisches GebietTechnical area

Diese Erfindung betrifft allgemein Schaltmischeinrichtungen und insbesondere Gallium-Arsenid (GaAs) Schaltmischeinrichtungen, und ist besonders auf GaAs Schaltmischeinrichtungen gerichtet, die GaAs Schalteinrichtungen vom Anreicherungstyp verwendet.This invention relates generally to switching mixers and more particularly to gallium arsenide (GaAs) switching mixers, and is particularly directed to GaAs switching mixers using enhancement-mode GaAs switching devices.

HintergrundgebietBackground area

Es ist bekannt, daß die Verzerrungserzeugnisse, die in einer Schaltmischeinrichtung erzeugt werden, zu der Anstiegszeit des Injektionssignals proportional sind, das von einem örtlichen Oszillator geliefert wird, sowie von anderen Parametern, von denen einige den Einrichtungen in der Mischeinrichtung zu eigen sind. Deshalb können diese Verzerrungserzeugnisse minimiert werden, indem die Anstiegszeit des Injektionssignals verringert wird.It is known that the distortion products generated in a switching mixer are proportional to the rise time of the injection signal provided by a local oscillator, as well as other parameters, some of which are inherent in the devices in the mixer. Therefore, these distortion products can be minimized by reducing the rise time of the injection signal.

Bekannte Konstruktionen von GaAs Schaltmischeinrichtungen haben versucht, die Auslegungsgeometrien von GaAs Einrichtungen vom Verarmungstyp zu ändern, um das Einschalten (Schaltpunkt) der Einrichtungen zu minimieren. Während sie hilfreich ist, ist eine solche Änderung von GaAs Einrichtungen vom Verarmungstyp nicht fähig gewesen, zufriedenstellend den erforderlichen Ansteuerpegel des örtlichen Oszillators oder die harmonische Verzerrung zu verringern. Demgemäß besteht ein Bedürfnis nach einer besseren GaAs Schaltmischeinrichtung.Prior art GaAs switching mixer designs have attempted to alter the design geometries of depletion-mode GaAs devices to minimize the turn-on (switching point) of the devices. While helpful, such alteration of depletion-mode GaAs devices has not been able to satisfactorily reduce the required local oscillator drive level or harmonic distortion. Accordingly, a need exists for a better GaAs switching mixer.

Ein Artikel mit dem Titel "A double-conversion broad band TV Tuner with GaAs ICs" von Mueller u.a. in the Proceedings of the IEEE GaAs IC Symposium, Okt. 1984, Seiten 97-100, New York, USA, offenbart eine integrierte, doppelt abgestimmte GaAS Mischschaltung, die bei der vorliegenden Erfindung relevant ist.An article entitled "A double-conversion broad band TV Tuner with GaAs ICs" by Mueller et al. in the Proceedings of the IEEE GaAs IC Symposium, Oct. 1984, pages 97-100, New York, USA, discloses an integrated, double-tuned GaAS mixing circuit relevant to the present invention.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Demgemäß ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine GaAs Mischeinrichtung zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a GaAs mixer which overcomes the disadvantages of the prior art.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Gallium-Arsenid Schaltmischeinrichtung zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das die Summen- und Differenzfrequenz darstellt, geschaffen wobei die Mischeinrichtung umfaßt:According to the present invention, there is provided a gallium arsenide switching mixer for providing an output signal representing the sum and difference frequencies, the mixer comprising:

eine erste Einrichtung zum Erhalten eines Informationssignals, wobei die genannte erste Einrichtung mindestens einen ersten Transistor umfaßt; unda first device for obtaining an information signal, said first device comprising at least a first transistor; and

eine zweite Einrichtung zum Erhalten eines Injektionssignals, wobei die genannte zweite Einrichtung mindestens einen zweiten Transistor umfaßt, der mit dem ersten Transistor so gekoppelt ist, daß das Informationssignal und das Injektionssignal kombiniert werden, um das Ausgangssignal zu liefern, wobei die Mischeinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der genannte zweite Transistor ein Transistor vom Anreicherungstyp ist, so daß ein verringerter Ansteuerpegel des örtlichen Oszillators und eine verringerte harmonische Verzerrung geschaffen werden.second means for obtaining an injection signal, said second means comprising at least one second transistor coupled to the first transistor such that the information signal and the injection signal are combined to provide the output signal, the mixing means being characterized in that said second transistor is an enhancement type transistor so as to provide a reduced drive level of the local oscillator and reduced harmonic distortion.

Der Absolutwert der Schwellenspannungen bei GaAs Einrichtungen vom Anreicherungstyp ist merklich kleiner als der Absolutwert der Abschnürspannungen bei Einrichtungen vom Verarmungstyp. Somit erhält gemäß der Erfindung eine GaAs Schaltmischeinrichtung ein Informationssignal und ein Injektionssignal, um ein Zwischenfrequenzsignal zu liefern. Das Injektionssignal steuert GaAs Einrichtungen vom Anreicherungstyp so, daß der verlangte Injektionsansteuerpegel und Verzerrungserzeugnisse minimiert werden.The absolute value of the threshold voltages in enhancement-mode GaAs devices is significantly smaller than the absolute value of the pinch-off voltages in depletion-mode devices. Thus, according to the invention, a GaAs switching mixer receives an information signal and an injection signal to provide an intermediate frequency signal. The injection signal controls enhancement-mode GaAs devices so that the required injection drive level and distortion products are minimized.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Fig. 1 stellt eine GaAs Mischeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.Fig. 1 illustrates a GaAs mixer according to the present invention.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im einzelnenDescription of the preferred embodiment in detail

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Schaltmischschaltung 10 ausgebildet, was allgemein als eine doppelt abgestimmte Mischerausgestaltung bekannt ist. Ein Stromquelle 12 ist mit den Sources eines Differenzpaares von Gallium-Arsenid Feldeffekttransistoren 14 und 14' vom Verarmungstyp zu Masse gekoppelt.Referring to Fig. 1, a switched mixer circuit 10 is formed in what is commonly known as a double-tuned mixer configuration. A current source 12 is coupled to the sources of a differential pair of depletion-mode gallium arsenide field effect transistors 14 and 14' to ground.

Die Transistoren 14 und 14' sind gekoppelt, was als eine einzelne Gegentaktausgestaltung bekannt ist. Somit ist die Source des Transistors 14 mit der Source des Transistors 14' gekoppelt. Das Drain des Transistors 14 ist mit den Sources eines Differenzpaares von Gallium-Arsenid Transistoren 18 und 22 vom Anreicherungstyp gekoppelt, und das Drain des Transistors 14' ist mit den Sources des Differenzpaares der Transistoren 18' und 22' gekoppelt. Die Transistoren 14 und 14' sind so nahe, daß sie geometrisch so symmetrisch wie möglich sind, so wie es die Transistoren 18 und 18' und die Transistoren 22 und 22' jeweils sind.Transistors 14 and 14' are coupled in what is known as a single push-pull configuration. Thus, the source of transistor 14 is coupled to the source of transistor 14'. The drain of transistor 14 is coupled to the sources of a differential pair of enhancement-mode gallium arsenide transistors 18 and 22, and the drain of transistor 14' is coupled to the sources of the differential pair of transistors 18' and 22'. Transistors 14 and 14' are close enough to be as geometrically symmetrical as possible, as are transistors 18 and 18' and transistors 22 and 22', respectively.

Das Drain des Transistors 18 ist mit einem Primäranschluß 26 der Transformatorkopplung 24 gekoppelt, und das Drain des Transformators 18' ist mit dem entgegengesetzten Primäranschluß 26' der Transformatorkopplung 24 gekoppelt. Das Drain des Transistor 22 ist mit dem Drain des Transistors 18' gekoppelt, und ähnlich ist das Drain des Transistors 22' mit dem Drain des Transistors 18 gekoppelt. Die Primärwicklung des Transformators 24 ist an einem Anschluß 28 in der Mitte abgegriffen, um einen abgestimmten Ausgang zu liefern. Die Sekundärkopplung des Transformators 24 erstreckt sich zwischen den Anschlüssen 30 und 30'.The drain of transistor 18 is coupled to a primary terminal 26 of transformer coupling 24, and the drain of transformer 18' is coupled to the opposite primary terminal 26' of transformer coupling 24. The drain of transistor 22 is coupled to the drain of transistor 18', and similarly the drain of transistor 22' is coupled to the drain of transistor 18. The primary winding of transformer 24 is tapped at a center terminal 28 to provide a tuned output. The secondary coupling of transformer 24 extends between terminals 30 and 30'.

Ein HF-Informationssignal 16 wird an das Gate des Transistors 14 und ein HF-Signal 16' (d.h. das Komplement oder Negative des Signals 16') wird an das Gate des Transistors 14' angelegt. Die Signale 16 und 16' sind als Signale mit komplementärer Phase bekannt. Ein Injektionssignal 20 eines örtlichen Oszillators wird an die Gates der Transistoren 18 und 18' angelegt. Das Signal 20' (das Komplement des Signals 20) wird an die Gates der Transistoren 22 und 22' angelegt. Die Signale 16, 16' mit komplementärer Phase bewirken, daß sich die Sourceströme in den Differenzpaaren 18, 22 und 18', 22' ändern. Somit wird eine Multiplikation von Signalen 16, 16' mit komplementärer Phase und von Signalen 20, 20' mit komplementärer Phase in jedem der Differenzpaare 18, 22 und 18', 22' ausgeführt. Das Ausgangssignal erscheint zwischen den Anschlüssen 30 und 30'.An RF information signal 16 is applied to the gate of transistor 14 and an RF signal 16' (i.e., the complement or negative of signal 16') is applied to the gate of transistor 14'. Signals 16 and 16' are known as complementary phase signals. A local oscillator injection signal 20 is applied to the gates of transistors 18 and 18'. Signal 20' (the complement of signal 20) is applied to the gates of transistors 22 and 22'. The complementary phase signals 16, 16' cause the source currents in differential pairs 18, 22 and 18', 22' to change. Thus, a multiplication of signals 16, 16' with complementary phase and of signals 20, 20' with complementary phase is carried out in each of the differential pairs 18, 22 and 18', 22'. The output signal appears between the terminals 30 and 30'.

Claims (9)

1. Eine Gallium-Arsenid Schaltmischeinrichtung (10) zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das die Summen- und Differenzfrequenz darstellt, wobei die Mischeinrichtung umfaßt:1. A gallium arsenide switching mixer (10) for providing an output signal representing the sum and difference frequencies, the mixer comprising: eine erste Einrichtung (14, 14') zum Erhalten eines Informationssignals, wobei die genannte erste Einrichtung mindestens einen ersten Transistor (14) umfaßt; unda first device (14, 14') for obtaining an information signal, said first device comprising at least one first transistor (14); and eine zweite Einrichtung (18, 18', 22, 22') zum Erhalten eines Injektionssignals, wobei die genannte zweite Einrichtung mindestens einen zweiten Transistor (18) umfaßt, der mit dem ersten Transistor (14) so gekoppelt ist, daß das Informationssignal und das Injektionssignal kombiniert werden, um das Ausgangssignal zu liefern, wobei die Mischeinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der genannte zweite Transistor ein Transistor vom Anreicherungstyp ist, so daß ein verringerter Ansteuerpegel des örtlichen Oszillators und eine verringerte harmonische Verzerrung geschaffen werden.second means (18, 18', 22, 22') for receiving an injection signal, said second means comprising at least one second transistor (18) coupled to the first transistor (14) such that the information signal and the injection signal are combined to provide the output signal, the mixing means being characterized in that said second transistor is an enhancement type transistor so as to provide a reduced drive level of the local oscillator and reduced harmonic distortion. 2. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 1, worin die genannte zweite Einrichtung zum Erhalten eines Injektionssignals mindestens zwei Gallium-Arsenid Transistoren (18, 22) vom Anreicherungstyp einschließt, die in einer Einzelgegentaktausgestaltung gekoppelt sind.2. The mixer of claim 1, wherein said second means for obtaining an injection signal includes at least two enhancement-mode gallium arsenide transistors (18, 22) coupled in a single push-pull configuration. 3. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 1, worin die genannte zweite Einrichtung zum Erhalten eines Injektionssignals vier Gallium-Arsenid Transistoren (18, 22, 18', 22') vom Anreicherungstyp einschließt, die in einer Doppelgegentaktausgestaltung gekoppelt sind.3. The mixing device according to claim 1, wherein said second means for obtaining an injection signal comprises four gallium arsenide transistors (18, 22, 18', 22') from enhancement type coupled in a double push-pull configuration. 4. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, worin die erste Einrichtung zum Erhalten eines Injektionssignals ein Paar von Transistoren (14, 14') einschließt.4. The mixer of claim 1, 2 or 3, wherein the first means for obtaining an injection signal includes a pair of transistors (14, 14'). 5. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, die ferner eine Einrichtung zum Bereitstellen eines abgestimmten Ausgangs (24) umfaßt.5. The mixer of claim 1, 2, 3 or 4, further comprising means for providing a tuned output (24). 6. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, worin die erste Einrichtung zum Erhalten eines Informationssignals ein Paar Transistoren (14, 14') vom Verarmungstyp einschließt.6. The mixer of claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the first means for obtaining an information signal includes a pair of depletion-mode transistors (14, 14'). 7. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 6, worin die erste Einrichtung zum Erhalten eines Informationssignals ein Paar Gallium-Arsenid Transistoren (14, 14') vom Verarmungstyp einschließt.7. The mixer of claim 6, wherein the first means for obtaining an information signal includes a pair of depletion-mode gallium arsenide transistors (14, 14'). 8. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, worin die erste Einrichtung zum Erhalten eines Informationssignals ein Paar Transistoren vom Anreicherungstyp einschließt.8. The mixer of claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the first means for obtaining an information signal includes a pair of enhancement mode transistors. 9. Die Mischeinrichtung gemäß Anspruch 8, worin die erste Einrichtung zum Erhalten eines Informationssignals ein Paar Gallium-Arsenid Transistoren vom Anreicherungstyp einschließt.9. The mixer of claim 8, wherein the first means for obtaining an information signal includes a pair of enhancement mode gallium arsenide transistors.