一種跨導級線性度提高電路及應用其的混頻器電路制造技術

本發明專利技術屬于集成電路技術領域，公開了一種跨導級線性度提高電路及應用其的混頻器電路，該跨導級線性度提高電路包括跨導級電路和線性度補償電路，跨導級電路輸入差分電壓信號，輸出差分電流信號；線性度補償電路的輸入接跨導級電路的輸入，輸出接跨導級電路的輸出，與跨導級電路構成并聯結構。本發明專利技術提供的跨導級線性度提高電路及應用其的混頻器電路，工作穩定可靠，能夠應用于接收機和發射機等各種需要用到跨導級的電路中；以較小的增益、噪聲和功耗代價，實現了線性度的大幅度提升；線性度補償電路的偏置電壓可以調整，從而能夠靈活地優化線性度性能。

【技術實現步驟摘要】
一種跨導級線性度提高電路及應用其的混頻器電路
本專利技術涉及集成電路
，尤其涉及一種跨導級線性度提高電路及應用其的混頻器電路。
技術介紹
隨著無線通訊的發展，各種模式各種標準共存，帶來了不同通訊系統之間的干擾；在同一種通訊系統內，輸入信號也存在較大的變化。這就對系統的動態范圍提出了要求。動態范圍的下限由噪聲確定，而上限由大輸入信號引起的非線性確定。在接收機系統中，LNA、Mixer以及濾波器等電路中，廣泛使用了跨導級進行V-I轉換。提高跨導級的線性度對于整個接收機的線性度提升具有非常重要的意義。以混頻器為例，線性度決定了混頻器能處理的最大信號強度。三階交調點是衡量混頻器線性度性能的一個重要參數。如果混頻器存在奇數階非線性，相鄰的兩個干擾信號，會產生三階交調積成分，疊加在有用信號上，造成干擾。當混頻器的負載是線性負載時，混頻器的線性度與跨導級和開關對有關。跨導級的線性度限制了混頻器最高能達到的線性度性能。已有多篇文獻對混頻器的線性度進行研究。ShengchangGao等人采用通常的源極負反饋來提高混頻器跨導級的線性度，但會造成增益和噪聲系數的惡化，存在艱難的折衷。作為源簡并元件的電阻會引入熱噪聲，而采用電容或者電感又會帶來穩定性問題，并增大版圖面積；洪琪等人采用分段線性近似技術來提高混頻器的線性度，IIP3提高了不足2dBm，功耗卻幾乎增大到3倍，代價高昂；ShojiOtaka等人采用三階交調積消除技術，在主混頻器的基礎上再增加一個子混頻器，使它們的三階交調積疊加后可以互相抵消，顯著提高了混頻器的三階交調性能，但子混頻器的加入會增加混頻器的功耗和噪聲。綜上所述，已有技術的高線性度混頻器電路存在各種較嚴重的缺陷：版圖面積較大、增益下降、噪聲增大、功耗增大等。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題針對現有技術中存在的上述問題，本專利技術提供了一種跨導級線性度提高電路及應用其的混頻器電路。(二)技術方案為達到上述目的，本專利技術提供了一種跨導級線性度提高電路，包括跨導級電路和線性度補償電路，其中：跨導級電路輸入差分電壓信號，輸出差分電流信號；線性度補償電路的輸入接跨導級電路的輸入，輸出接跨導級電路的輸出，與跨導級電路構成并聯結構。上述方案中，所述跨導級電路采用共源結構，以實現電壓到電流的轉換。上述方案中，所述跨導級電路采用共源共柵結構，以提高反向隔離度，增大輸出電阻。上述方案中，所述線性度補償電路由工作在線性區的兩個MOS管M1’和M2’對跨導級電路的線性度進行補償。上述方案中，所述線性度補償電路的半邊電路由第一MOS管M11和第二MOS管M1’堆疊構成，其中，第一MOS管M11和第二MOS管M1’的柵極由反相的信號驅動，這樣，第二MOS管M1’的柵極和漏極也分別由反相的信號驅動；所述線性度補償電路的半邊電路中的第一MOS管M11的柵極由電壓VB_TUNE經偏置第三電阻Rb3提供偏置，電壓VB_TUNE能夠進行調整，以得到最優的線性度性能；所述線性度補償電路中第一MOS管M11的柵極由第四隔直電容Cb4連接Vrfn輸入，漏極連接Irfp輸出，源極連接第二MOS管M1’的漏極；所述線性度補償電路的半邊電路中的第二MOS管M1’的柵極由電壓VB經過偏置第一電阻Rb1提供偏置，并由第一隔直電容Cb1連接Vrfp輸入；而第一電阻Rb1和第一隔直電容Cb1與跨導級電路共用，減少了器件數量和版圖面積。上述方案中，該跨導級線性度提高電路應用于包含跨導級的混頻器電路、低噪聲放大器電路或濾波器電路中。為達到上述目的，作為一個實例，本專利技術還提供了一種應用所述跨導級線性度提高電路的混頻器電路，該混頻器電路包括跨導級電路、線性度補償電路以及開關級電路，其中：跨導級電路輸入差分電壓信號Vrf，輸出差分電流信號Irf；線性度補償電路的輸入接跨導級電路的輸入Vrf，輸出接跨導級電路的輸出Irf，與跨導級電路構成并聯結構；開關級電路輸入接跨導級電路的輸出，并接本振信號VLO，輸出Vif電壓。上述實例中，所述開關級電路由單路本振信號驅動，使混頻器電路構成單路Gilbert混頻器。上述實例中，所述開關級電路由正交本振信號驅動，兩組開關級電路并聯，輸出I、Q兩路中頻信號，使混頻器電路構成正交Gilbert混頻器。(三)有益效果本專利技術提供的跨導級線性度提高電路及應用其的混頻器電路，工作穩定可靠，能夠應用于接收機和發射機等各種需要用到跨導級的電路中；以較小的增益、噪聲和功耗代價，實現了線性度的大幅度提升；線性度補償電路的偏置電壓可以調整，從而能夠靈活地優化線性度性能。本專利技術提供的跨導級線性度補償電路具有電路簡單，集成度高，配置靈活的特點，可廣泛應用于LNA、Mixer、濾波器等各種射頻和模擬集成電路中，有助于提高收發機的線性度性能。附圖說明圖1為依照本專利技術實施例的跨導級線性度提高電路的結構示意圖；圖2為圖1中跨導級電路的一種共源極實現形式；圖3為圖1中跨導級電路的另一種共源共柵的實現形式；圖4為圖1中線性度補償電路的電路原理圖；圖5為本專利技術實施例中用作對比的傳統混頻器的結構示意圖；圖6為依照本專利技術實施例的應用線性度補償電路的混頻器的結構示意圖；圖7為圖5和圖6中開關級電路的結構示意圖；圖8為本專利技術實施例中用作對比的傳統混頻器的電路原理圖；圖9為依照本專利技術實施例的應用線性度補償電路的混頻器的電路原理圖；圖10a為圖8所示電路的IIP3的仿真結果；圖10b為圖8所示電路的轉換增益的仿真結果；圖10c為圖8所示電路的噪聲系數的仿真結果；圖11a為圖9所示電路的IIP3的仿真結果；圖11b為圖9所示電路的轉換增益的仿真結果；圖11c為圖9所示電路的噪聲系數的仿真結果。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。圖1為依照本專利技術實施例的跨導級線性度提高電路的結構示意圖，由跨導級電路和線性度補償電路兩部分構成。跨導級電路輸入差分電壓信號，輸出差分電流信號；線性度補償電路的輸入接跨導級電路的輸入，輸出接跨導級電路的輸出，與跨導級電路構成并聯結構，實現對跨導級電路三階非線性的抵消。圖2為圖1中跨導級電路的一種共源極實現形式。跨導級電路以共源極實現電壓到電流的轉換。輸入差分電壓Vrfp和Vrfn經過隔直電容Cb1和Cb2加到共源管M1和M2的柵極，同時M1和M2的柵極由偏置電壓VB通過偏置電阻Rb1和Rb2提供偏壓，M1和M2的源極接交流地GND，漏極為差分電流輸出Irfp和Irfn。圖3為圖1中跨導級電路的另一種共源共柵的實現形式。通過共源共柵結構，提高了反向隔離度，并增大了輸出電阻。輸入差分電壓Vrfp和Vrfn經過隔直電容Cb1和Cb2加到共源管M1和M2的柵極，同時M1和M2的柵極由偏置電壓VB通過偏置電阻Rb1和Rb2提供偏壓，M1和M2的源極接交流地GND，漏極接共柵管M1G和M2G的源極，M1G和M2G的柵極接偏置電壓VBG，漏極為差分電流輸出Irfp和Irfn。圖4為圖1中線性度補償電路的電路原理圖。線性度補償電路由工作在線性區的MOS管(M1’、M2’)對跨導級電路的線性度進行補償；線性度補償電路的半邊電路由管子M11和M1’堆疊構成。其中，M11和M1’管子的柵極由反相的信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種跨導級線性度提高電路，其特征在于，包括跨導級電路和線性度補償電路，其中：跨導級電路輸入差分電壓信號，輸出差分電流信號；線性度補償電路的輸入接跨導級電路的輸入，輸出接跨導級電路的輸出，與跨導級電路構成并聯結構。

【技術特征摘要】
1.一種跨導級線性度提高電路，其特征在于，包括跨導級電路和線性度補償電路，其中：跨導級電路輸入差分電壓信號，輸出差分電流信號；線性度補償電路的輸入接跨導級電路的輸入，輸出接跨導級電路的輸出，與跨導級電路構成并聯結構；其中，所述線性度補償電路由工作在線性區的兩個MOS管M1’和M2’對跨導級電路的線性度進行補償；所述線性度補償電路的半邊電路由第一MOS管M11和第二MOS管M1’堆疊構成，其中，第一MOS管M11和第二MOS管M1’的柵極由反相的信號驅動，這樣，第二MOS管M1’的柵極和漏極也分別由反相的信號驅動；所述線性度補償電路的半邊電路中的第一MOS管M11的柵極由電壓VB_TUNE經偏置第三電阻Rb3提供偏置，電壓VB_TUNE能夠進行調整，以得到最優的線性度性能；所述線性度補償電路中第一MOS管M11的柵極由第四隔直電容Cb4連接Vrfn輸入，漏極連接Irfp輸出，源極連接第二MOS管M1’的漏極；所述線性度補償電路的半邊電路中的第二MOS管M1’的柵極由電壓VB經過偏置第一電阻Rb1提供偏置，并由第一隔直電容Cb1連接Vrfp輸入；而第一電阻Rb1和第一隔直電容Cb1與跨導級電路共用，減少了器件數量和版圖面積。2....

【專利技術屬性】
技術研發人員：武振宇，黃水龍，張海英，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11