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高增益高线性度CMOS偶次谐波混频器设计

作者:时间:2011-01-20来源:网络收藏

1. 2 电流复用电路分析

输入端使用的电流复用结构如图2 中MRFP1和MRFN 1以及MRFP2和MRFN2所示, 两路结构完全对称, 该结构的跨导为gm = gm p + gmn, 其中gmp为晶体管MRFP1和MRFP2跨导, gm n为晶体管MRFN 1和MRFN 2的跨导。因此, 采用电流复用结构增大了跨导级的跨导, 从而实现了混频器的高增益性能。

根据沟道长度效应, 跨导管电流表达式为:


这里, n 是跨导参数, vin是输入, !V = VG S - Vt是过驱动电压, n 是沟道长度调制系数, Vt 是阈值电压。根据( 1)式可得输出电流:


从( 2)式也可看出, 组成电流复用结构的跨导是两个晶体管的跨导的总和。

当输入为正时,MRFN工作于饱和区, MRFP工作于截止区并等效成电阻RRFP, 此时, 整个电流复用结构等效成一个n沟道的共源放大器, 同理, 当输入为负时, 该结构等效成一个p 沟道的共源放大器, 该电流复用结构组成了推挽电路并增大了电路的动态范围, 提高了电路的线性度。

1. 3 倍频电路

为了进一步分析本振信号倍频原理, 将本文设计混频器(图2)中的带电感倍频电路单独给出, 如图3所示。根据式( 1) , 晶体管MLON1和MLON2的漏电流ILON+ 和ILON- 可表示为:


这里, vLO是LO 正弦输入信号, 且


aLO是该信号的幅度, △VLON = VLO - VTN是MLON 1和MLON 2的过驱动电压。根据式( 3), 流经电流复用电路和倍频电路的总电流ICR为ILON+ 、ILON- 的和, 即得:


其中:


该信号即为LO 的2次谐波信号。

从式( 4)可看出, 在节点VCOM 处产生了LO 倍频信号i2LO, 同时基频信号被抵消。假设电感的阻抗为ZLE = RLE + j2ωLOLE, 混频点处的电压Va 可表示为:


其中, LE 和RLE分别是电感的值和寄生负载, 根据式( 5), 由于该电感的存在, 混频处的电压幅度Va 大于VCOM , 这提高了进入混频器的LO 二次谐波信号的功率, 也就是说提高了有用信号的功率, 所以有助于提高该拓扑结构的线性度, 同时也有利于减小噪声系数。

倍频电路
倍频电路
图3 倍频电路


关键词: 射频 信号 耦合

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