高增益高線性度CMOS偶次諧波混頻器設(shè)計(jì)
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1. 2 電流復(fù)用電路分析
射頻輸入端使用的電流復(fù)用結(jié)構(gòu)如圖2 中MRFP1和MRFN 1以及MRFP2和MRFN2所示， 兩路結(jié)構(gòu)完全對稱， 該結(jié)構(gòu)的跨導(dǎo)為gm = gm p + gmn， 其中g(shù)mp為晶體管MRFP1和MRFP2跨導(dǎo)， gm n為晶體管MRFN 1和MRFN 2的跨導(dǎo)。因此， 采用電流復(fù)用結(jié)構(gòu)增大了跨導(dǎo)級的跨導(dǎo)， 從而實(shí)現(xiàn)了混頻器的高增益性能。
根據(jù)溝道長度效應(yīng)， 跨導(dǎo)管電流表達(dá)式為:
這里， n 是跨導(dǎo)參數(shù)， vin是輸入信號， !V = VG S - Vt是過驅(qū)動電壓， n 是溝道長度調(diào)制系數(shù)， Vt 是閾值電壓。根據(jù)( 1)式可得輸出電流:
從( 2)式也可看出， 組成電流復(fù)用結(jié)構(gòu)的跨導(dǎo)是兩個(gè)晶體管的跨導(dǎo)的總和。
當(dāng)輸入信號為正時(shí)，MRFN工作于飽和區(qū)， MRFP工作于截止區(qū)并等效成電阻RRFP， 此時(shí)， 整個(gè)電流復(fù)用結(jié)構(gòu)等效成一個(gè)n溝道的共源放大器， 同理， 當(dāng)輸入信號為負(fù)時(shí)， 該結(jié)構(gòu)等效成一個(gè)p 溝道的共源放大器， 該電流復(fù)用結(jié)構(gòu)組成了推挽電路并增大了電路的動態(tài)范圍， 提高了電路的線性度。
1. 3 倍頻電路
為了進(jìn)一步分析本振信號倍頻原理， 將本文設(shè)計(jì)混頻器(圖2)中的帶電感倍頻電路單獨(dú)給出， 如圖3所示。根據(jù)式( 1) ， 晶體管MLON1和MLON2的漏電流ILON+ 和ILON- 可表示為:
這里， vLO是LO 正弦輸入信號， 且
aLO是該信號的幅度， △VLON = VLO - VTN是MLON 1和MLON 2的過驅(qū)動電壓。根據(jù)式( 3)， 流經(jīng)電流復(fù)用電路和倍頻電路的總電流ICR為ILON+ 、ILON- 的和， 即得:
其中：
該信號即為LO 的2次諧波信號。
從式( 4)可看出， 在節(jié)點(diǎn)VCOM 處產(chǎn)生了LO 倍頻信號i2LO， 同時(shí)基頻信號被抵消。假設(shè)電感的阻抗為ZLE = RLE + j2ωLOLE， 混頻點(diǎn)處的電壓Va 可表示為：
其中， LE 和RLE分別是電感的值和寄生負(fù)載， 根據(jù)式( 5)， 由于該電感的存在， 混頻處的電壓幅度Va 大于VCOM ， 這提高了進(jìn)入混頻器的LO 二次諧波信號的功率， 也就是說提高了有用信號的功率， 所以有助于提高該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的線性度， 同時(shí)也有利于減小噪聲系數(shù)。
倍頻電路
圖3 倍頻電路
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