高增益高线性度CMOS偶次谐波混频器设计
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1. 2 电流复用电路分析
射频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是输入信号， !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。
当输入信号为正时，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， 当输入信号为负时， 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
图3 倍频电路
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