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标题: CMOS混频器的设计技术 [打印本页]

作者: yuchengze 时间: 2017-10-22 19:40 标题: CMOS混频器的设计技术

引言
近年来，无线通信技术得到了迅猛地发展。它对收发信机前端电路提出的新要求是：高的工作频率，低电压，低功耗，高度集成。实现小型化以及低功耗的一种可行性方法是实现收发机射频电路和基带电路的单片集成，这也是收发信机设计的最终目标。由于数字处理部分的面积通常占到芯片面积的75%以上，集成度及功耗等指标的要求使得不可能以CMOS以外的其他工艺实现，所以只有实现CMOS集成射频前端，才能实现单片集成。CMOS工艺向0.25um以下的迅速发展，使上述愿望的实现变为可能。0.18umCMOS工艺的特征频率fT可达60GHz，0.15um的可达80GHz。混频器是射频前端电路中实现频谱搬移的器件，是十分重要的模块。本文将介绍CMOS混频器的基本原理，基本实现结构以及当前的电路设计技术。
混频器的基本原理
混频器必须是非线性或是时变的，以提供所需的频率变换。它的核心是对射频信号(RF)和本振信号(LO)在时间域的相乘。
这样就得到含有输入和频和差频的输出信号，输出信号幅度与RF信号和LO信号幅度的乘积成正比。
CMOS混频器的基本结构
设计者首先面临的问题是选择合适的混频器结构。由于单端结构不可能完全消除非线性，且电源抑制比较差，混频器结构通常采用差分形式。这些结构实现输入信号相乘，并消去高次项和共模成分。
MOS管电压电流关系的简单模型可表示为：
可见，利用MOS管的电压电流关系，采用适当的结构，可以通过乘法来进行混频。基于实现乘法的MOS管的工作区，可将混频器分为如下几类：
(1)工作于线性区的MOS混频器
这一类是利用MOS管工作于线性区的电流电压关系，来实现乘法。分为两种实现方式：①利用式(1)中的vGSvDS项实现乘法，②利用式(1)中的v2DS实现乘法。
(2)工作于饱和区的MOS混频器
这一类是利用工作于饱和区的MOS管的电流电压关系来实现乘法，利用的是式(2)中的v2GS项。
(3)开关混频器
图1是一个典型的开关混频器的电路结构图，本振信号LO起到控制MOS管的开和关的作用。直流电压VLO，DC与VBB，DC的选择应满足：

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