一種多頻段可重構方法及混頻器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到一種電子元器件及其工作方法，具體涉及一種應用于多模多頻段無 線通信系統中的通過開關選頻可調諧網絡使混頻器可工作在多個頻段的方法及其多頻段 可重構混頻器，該方法及多頻段可重構混頻器利用可調負載電阻，從而根據需要平衡可變 增益與噪聲系數，同時也可優化增益平坦度，在實現多頻段工作的同時，本發明的多頻段可 重構混頻器也具有良好的噪聲系數、增益、輸入輸出匹配等技術指標，屬無線通信系統技術 領域。
[0002]
【背景技術】： 目前，移動通信的發展中出現了多種多樣的通信標準，比如第三代（3G)蜂窩移動通信 系統、藍牙（Bluetooth)和無線局域網（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)等無線通 信系統都在各自應用領域發揮著至關重要的作用。移動通信發展的一個重要趨勢是單個通 信終端可以兼容多種通信標準，并且也已經有相關的無線通信系統的典型案例。兼容多個 通信標準如GSM(GlobalSystemforMobileCommunications).UMTS(UniversalMobile TelecommunicationsSystem)、藍牙（Bluetooth)或無線局域網（WLAN)等的通信終端，既可 以用作移動通信終端，又可收發其他無線通信信號。兼容多種通信標準的通信系統具有多 頻多通道與可重構特性。從而，多頻可重構器件的設計成為移動通信技術發展中一個極為 關鍵的問題。
[0003] 目前移動終端收發器中應用最為廣泛研究也最為深入的是基于Gilbert單元的 雙平衡混頻器，該電路結構來自于BarrieGilbert提出的高精度乘法器。經過良好設計的 Gilbert混頻器具有較好的隔離度和噪聲抑制性能，因此該結構的混頻器有很多改進的版 本，用于特別優化其中的某項性能。現有的優化版本中主要分為如下3種拓撲結構： 1.有源負載以及電流注入結構。該結構可以有效的提升變頻增益與線性度。
[0004] 2.折疊式結構。該結構減少晶體管堆疊，減小工作電壓。
[0005] 3.源極負反饋結構。該結構犧牲增益而增加線性度。
[0006] 其中，有源負載技術采用工作于線性區的晶體管來代替無源電阻；電流注入技術 將大部分跨導級電流用額外電流源分擔，而不再經過開關管。這兩種技術均可以在維持跨 導級gm值不變的前提下，增加負載阻值，從而提高轉換增益。但是有源負載與電流注入技 術均會引入新的噪聲增加整體的噪聲系數，并且還會一定程度上造成混頻器線性度惡化。
[0007] 折疊式結構可以有效的減少晶體管堆疊，使低電壓工作成為可能。另外折疊結構 也使開關級和負載部分不受跨導級電流影響，改善了開關管的工作性能，并且可以最大范 圍內提高阻抗從而提高增益。但是折疊式結構消耗電流幾乎是傳統結構的兩倍，功耗增加。
[0008] 負反饋技術通過在跨導級源極加入電阻或者電感負反饋使減小gm與頻率的相關 性，增加線性度。但是這種技術減小了射頻輸入級的跨導，混頻器增益降低。
[0009] 而多頻段下工作的混頻器其設計難度更大，如何使混頻器能夠在多個不同頻段上 可重構工作并且達到性能最優化，將是一個巨大的挑戰。現有的解決辦法中，主要為設計寬 帶的混頻器來覆蓋所有的工作頻段。但是實際電路設計中，寬帶混頻器是以犧牲其他性能 為代價，比如線性度、噪聲系數，來達到足夠的工作帶寬從而覆蓋多個工作頻段的。并且在 不同工作頻段之間寬帶混頻器性能指標相差較大，對可重構系統的其他器件設計帶來了巨 大的困難。
[0010] 為了解決這一問題，人們提出了帶寬擴展與增益平坦技術。該技術一定程度內使 增益在工作帶寬內更為平坦，但是變頻增益被進一步降低。另外因為額外增加了 2個電感 元件，引入了額外的噪聲，噪聲系數惡化。并且電路復雜度增加，成本增加，尤其是現有的多 頻段混頻器在重構后，調節范圍很小，尤其是可變增益與噪聲系數平衡不是很好的問題得 不到很好解決，因此仍有待進一步加以改進。
[0011] 通過檢索沒發現有與本發明相同技術的專利文獻報道，與本發明有一定關系的專 利和論文主要有以下幾個： 1、專利號為CN200810301135,名稱為"高線性多頻段雙增益模式下變頻混頻器"的發 明專利，該專利公開了一種變頻混頻器由帶合適的片外匹配電路的可旁路低噪聲放大器， 帶射極跟隨緩沖器的吉爾伯特混頻器通過交流耦合連接構成。電路的偏置采用另外的帶 隙基準電流及電壓模塊來提供。可旁路的低噪聲放大器采用場效應管為輸入級，電阻做負 載，并應用較大的偏置電流以獲得高線性和平穩的增益及合適的噪聲系數。當該電路被開 關切換到旁路模式時，其相當于一個無源網絡，不再對信號有放大作用但具備更高的線性 度。變頻功能取決于吉爾伯特混頻器，其輸入級采用場效應管，并加入源極負反饋，開關部 分采用雙極性管，以保證高線性和較低的噪聲。其負載采用電阻并電容，保證頻率變化時 仍有恒定的增益，并過濾不需要的高頻信號。中頻部分的射極跟隨緩沖器可以降低輸出阻 抗，并使電路在同后面模塊相連時性能不受影響。
[0012] 2、專利號為CN200480015037,名稱為"多頻段混頻器"的發明專利，該專利公開了 一種用于頻率轉換的設備，包括正好一個多頻段混頻器，該多頻段混頻器具有一種用于將 施加到所述多頻段混頻器信號的信號輸入處的信號從所述信號的源頻段一次變換到多個 目標子頻段中的一個的裝置，并且在所述多頻段混頻器的信號輸出處產生變換的信號，其 中所述多個目標子頻段定義了至少第一目標頻段和第二目標頻段，并且該設備還包括一組 可切換可變增益放大器（VGA)，用于放大所述變換的信號，其中對于每個所述目標頻段，提 供一個適配到所述目標頻段中的并且連接到所述多頻段混頻器的信號輸出的可切換VGA。
[0013] 3、專利號為CN201210544211，名稱為"一種可重構無源混頻器"的發明專利，該專 利公開了一種可重構無源混頻器，包括跨導級、雙平衡開關級以及跨阻級，跨導級將輸入射 頻信號轉化成射頻電流，射頻電流經過雙平衡開關級實現電流下變頻，下變頻之后的電流 通過跨阻級轉換為中頻電壓輸出。其中跨導級的跨導值由一位控制字（VC)控制，跨阻級的 跨阻值由另一位控制字（VC1)控制。無源混頻器通過這2位控制字（VC、VC1)配置其4種 增益模式，其他性能如噪聲系數、線性度和功耗也得到相應配置。
[0014] 4、專利號為CN201010022737，名稱為"雙頻段可重構混頻器集成電路芯片"的 發明專利，該專利公開了一種可重構混頻器集成電路芯片，特別是應用于高級國際移動 通信(AdvancedInternationalMobileCommunications,IMT-Advanced)和超寬帶 (Ultra-WideBand，UWB)通信兩種系統的一種雙頻段可重構混頻器集成電路芯片，采用可 調電容與電阻網絡結構來實現兩頻段間的可重構，與目前報道的其他混頻器結構相比，所 述電路加入開關選頻調諧網絡，通過調節外加的控制電壓，使電路在兩種工作模式間切換。 同時，通過調節所述電路中的元件參數，使電路在兩頻段同時達到性能最優化。
[0015] 上述這些專利和論文雖然都涉及到多頻段可重構混頻器，也提出了一些技術性的 改進，但是都沒提出如何針對多頻段可重構混頻器可調范圍小，可變增益與噪聲系數平衡 不好進行改進；因此在實現多頻段工作的同時，多頻段可重構混頻器的噪聲系數、增益、輸 入輸出匹配等技術指標仍不理想，所以仍有待進一步加以改進。
【發明內容】
[0016] 本發明的目的在于針對現有多頻段可重構混頻方法及混頻器所存在的不足，提出 一種新的多頻段可重構混頻方法及混頻器，實現在多個帶寬不同的頻段內切換。該多頻段 可重構混頻方法及混頻器與原有多頻段的寬帶混頻器相比較，在綜合考慮線性度，可變增 益平坦度，復雜度以及功耗等方面都有較大改善的提高，能使混頻器線性度，增益噪聲系數 等指標在兩個頻段內同時達到最優。
[0017] 為了達到這一目的，本發明提供了一種多頻段可重構混頻方法，根據混頻器在接 收機中的位置，混頻器最主要的性能指標為線性度，同時需要一定的變頻增益與較好的噪 聲系數減少前級低噪聲放大器的壓力，以及可重構工作于多個不同頻段時，對其頻帶內和 頻帶間的增益平坦度也有相應的要求的原則；在折疊式混頻器的基礎上，加入開關選頻可 調諧網絡，通過調節外加的控制電壓以及調節可變元件，使電路工作在多頻段同時達到性 能最優化。
[0018] 進一步地，所述的加入開關選頻可調諧網絡是在混頻器中加入可調電容網絡，通 過將可調電容從混頻器電路中接入或斷開，使電路在多種頻段間切換，同時通過調節可調 元件，特別是在負載電感上并入了可調電容器件，通過調節電容進而調節其諧振頻率，實現 在頻段內性能的微調。
[0019]進一步地，所述的可調電容網絡是包括電感和Z月電容可變電容 %、％、％、％、R廣K以及