2.4GHz下变频双平衡混频器设计

匡匦受塑重亟亟堕困

文章编号：ｌｏｏａ－－ｏｓ７０Ｉ＿２００８）１２－２－０３０５－０２

电子设计

２．４ＧＨｚ下变频双平衡混频器设计

Ｄｅｓｉｇｎｏｆ

ａ

２．４ＧＨｚｄｏｗｎ—ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｄｕａｌｂａｌａｎｃｅｄＭｉｘｅｒ

（广西大学）王宁章赵浩周长川

ＷＡＮＧＮｉｎｇ－ｚｈａｎｇ

摘要：采用ＴＳＭＣ

ＺＨＡＯＨａｏ

ＺＨＯＵＣｈａｎｇ－ｃｈｕａｎ

０．１８１＿Ｌｍ

ＣＭＯＳ工艺。设计了一个基于Ｇｉｌｂｅｒｔ单元、工作在２．４ＧＨｚ的下变频双平衡混频器，该混频器具有

ｇ．好ｃＪ１５０ＭＨｚ中频输出特性。经仿真在１．８Ｖ电压下，电路匹配良好，并取得转换增益为８．２７５ｄＢ、单边带噪声系数（ＮＦｓｓｂ）为８．４３１ｄＢ、为７．１４６ｄＢｍ、功耗低于２０ｍＷ的较好结果。关键词：双平衡混频器；转换增益；单边带噪声系数

文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＮ７１０；ＴＮ４３１．１

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄＴＳＭＣ

０．１８斗ｍ

ｏｎ

ｔｈｅＧｉｌｂｅｒｔｃｅｌｌ。ａ２．４ＧＨｚｄｏｗｎ～ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｄｕａｌ

ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ

ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ

ａ

ＣＭＯＳ

ｇｏｏｄ

ｗ船ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｉｎａ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｔ锄ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ１５０ＭＨｚ．Ｗｉｔｈ１．８Ｖｓｕｐｐｌｙ

ｇａｉｎ

ｏｆ８．２７５ｄＢ，ａｎｏｉｓｅｆｉｇｕｒｅｏｆｓｉｎｇｌｅ

ｓｉｄｅ—

ｂｅｌｏｗ２０

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ｖｏｌｔａｇｅ，ｔｈｅ

ｄｅｓｃｒｉｂｅｄｍｉｘｅｒｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄ

ｇｏｏｄ

ｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ。ａｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ

ｗａｓ

ｂａｎｄ（ＮＦｓｓｂ）ｏｆ８．４３１ｄＢ，ｏｆ７．１４６ｄＢｍ．ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｕａｌｂａｌａｎｃｅｄ

ｍＷ．

ｍｉｘｅｒ；Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｇａｉｎ；Ｎｏｉｓｅｆｉｇｕｒｅｏｆｓｉｎｇｌｅｓｉｄｅｂａｎｄ

１引言

近年来，由于无线通信的广泛需求和迅速发展，射频集成电路已成为ＩＣ设计中被普遍关注和大量研究的课题。随着硅ＣＭＯＳ工艺的不断改进，ＭＯＳ器件的截止频率已达到ＧＨｚ的水

于单平衡结构的电流，但减小了本振信号的泄漏，也减少了偶次

谐波项。该结构具有较低的本振功率、较高的转换增益、较强的共模抑制能力，并具有高的ＬＯ—ＩＦ和ＲＦ－ＩＦ端口隔离度的优点。

平，完全能满足多数现代无线通信应用要求。ＣＭＯＳ技术与双极

技术相比，其非常显著的优点就是低成本、低功耗、高集成度。以及可以与收发器后端电路进行单片集成。混频器是无线通信系统射频接收机前端的关键模块之一，负责接收机的频率转换，其性能直接影响整个系统的性能。本文采用ＴＳＭＣ

０．１８ｔｘｍ

ＣＭＯＳ‘ｒ艺设计实现了一个基于Ｇｉｌｂｅｒｔ单元的下变频双平衡有源混频器，获得较好的仿真结果。

２混频器工作原理

混频器是具有混频作用的非线性器件，它利用器件的非线性特性将射频信号与本振信号相乘，得到它们的和频与差频信号，再通过带通滤波器滤波就可获得所需的频率成分。设射频信号为：ＲＦ＝Ａｓｉｎ（ｏｃ】ｉｔ＋￥１），本振信号为：∞＝口ｓ哦吗ｒ＋妒２），那么有：

图１混频器电路图

Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｍｉｘｅｒ

图１为本文混频器的设计电路图。射频信号通过ＲＦ＋和ＲＦ一两个端口输入，线性跨导ＭＯＳ管Ｍｌ和Ｍ２用来放大射频信号，并将该射频电压信号转换为电流信号；本振信号从差分开关对Ｍ３～Ｍ６的ＬＯ＋和ＬＯ一两个端口输入，并通过控制电流的导通与断开来实现混频；中频信号通过ＩＦ＋和ＩＦ－两个端口输出。经带通滤波器滤波后就可得到所需的中频信号。

电路中电感Ｌ。ｌ、￡，１和ｋ：、上，２主要用于完成射频端口的输入阻抗匹配；同时，通过采用Ｌ，１、三。源极电感负反馈技术有利于改善电路的线性度。为了减小匹配电感值，在Ｍ１、Ｍ２栅一

灯 ＬＯ＝ＡＢｓｉｎ（ｔｇｔ＋晚）ｓｉｎ（ｃ如ｔ＋也）

＝！学ｃｏｓ【（ｑ一坞）ｔ－（蛾一如）】一＿Ａ＿Ｂｃｏｓ【（ｑ＋鸣ｖ＋（璃＋如）】

对于下变频混频器而言，－”ｉｆ－一【（ｑ一幔）ｆ一（喊一呔）】就是需要

获取的差频信号，在本文电路设计中选取射频（ＲＦ）输入信号频率为２．４ＧＨｚ，本振ｆＬ０）信号频率为２．２５ＧＨｚ，那么得到的中频ｏｒ３信号频率就是２．４ＧＨｚ一２．２５ＧＨｚ＝１５０ＭＨｚ。

３混频器电路设计

基于Ｇｉｌｂｅｌｌ结构的双平衡混频器左右对称，虽然消耗两倍王宁章：教授博士

基金项目：复合功能电容压敏陶瓷变阻器及相关陶瓷电子器件的研究开发；颁发部门：广西科技厅；（桂科攻０３３０００３＿匐

源端并接电容ｃ。Ｃ。，；电感Ｌ。３和￡。４主要用于本振端１２１的输

入阻抗匹配。Ｒ。。。Ｒ。。是小电阻（几欧姆），用于改善各输入端的反射参数；电容ｃｌ—ｅ用于隔直流。电阻Ｒ：．和尺￡２是负载，既用来调节电路的转换增益义用以实现输出端口的阻抗匹配。Ｍ７、Ｍ８和电流源ＩＤＥ组成的电流镜为电路提供稳定的偏胃电流。

万方数据　

（莹国自控胃邮局订阅号：８２—９４６３６。７Ｌ／－ｑ－一３０５一