实施方案
[0023] 现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
[0024] 为了更好地理解本发明，先对其原理进行如下说明。MOS器件用作开关有着优良的电特性，然而，MOS器件本身并不是一个理想的开关，在导通时存在导通电阻，其阻值与开关器件的几何尺寸、栅源电压及阈值电压等有关。同时，MOS晶体管的金属氧化层、栅源和栅漏等存在寄生电容，实际的MOS开关在导通时可等效为一个由寄生电容和电阻组成的RC网络。本发明基于如下基本原理：当NMOS开关的源漏电压较小时，开关的导通电阻R的表达式如下：
[0025] R＝1μnCOXWL(Vgs-Vth)]]>
[0026] 其中Vgs为NMOS的阈值电压，Vth为NMOS的阈值电压，COX是单位面积栅氧化层电容；μn是电子迁移率；W，L分别是NMOS的沟道宽度和沟道长度。从上面的公式可知，NMOS开关的导通电阻跟NMOS的过驱动电压成反比。
[0027] 基于上述原理，本发明提供了一种CMOS上变频无源混频器，应用于无线通信系统中的射频发射机上。如图1所示，该无源混频器其包括相互连接基本电路和开关管电路，且基本电路和开关管电路连接后输出中频差分信号，开关管电路具有栅极。其中，该无源混频器还包括自举电路，该自举电路采样中频差分信号，对其进行处理后经过两个第一电阻为开关管电路的栅极提供偏置电压。需要说明的是，该自举电路在本实施例中称之为开关管栅极自举电路。
[0028] 具体地，开关管电路包括四个MOS管M1、M2、M3、M4。M1的漏极连接M2的漏极后输出一射频差分信号的正端RFP，M1的源极连接M3的源极后连接中频差分信号IFN，该中频差分信号IFN输入自举电路的输入端Inp。M1的栅极连接M4的栅极，M2的栅极连接M3的栅极；M3、M4的漏极连接后输出射频差分信号的负端RFN。M2的源极和M4的源极连接后连接中频差分信号IFP，该中频差分信号IFP输入自举电路的输入端Inm。自举电路的一输出端Outp通过第一电阻R1连接M1、M4的栅极以为M1和M4的栅极提供电压偏置，一本振输入端LON通过一电容连接电阻R1的一端、M1、M4的栅极；自举电路的另一输出端Outm通过第一电阻R2连接M2、M3的栅极以为M2和M3的栅极提供电压偏置，另一本振输入端LOP通过一电容连接电阻R2的一端、M2、M3的栅极。
[0029] 进一步地，请参考图2，本发明的自举电路包括采样电路、可编程叠加电压电路、全差分放大器及四个第二电阻。其中，采样电路由两个阻值相同的第三电阻R3组成；全差分放大器为带共模反馈的全差分运算放大器；四个第二电阻R4阻值相同。且，全差分运算放大器和四个第二电阻R4组成了一个单位增益差分信号缓冲器。中频差分信号的两差分端IFP、IFN分别经过两电阻R4输入全差分运算放大器，该全差分运算放大器上面的输入、输出端接有一电阻R4，其下面的输入、输出端同样接有一电阻R4。也就是说，该单位增益差分信号缓冲器的差分输入信号为中频差分信号的两差分端IFP、IFN，其输出信号为开关管电路的M1、M2、M3、M4提供电压偏置。此外，中频差分信号的两差分端IFP、IFN分别经过两电阻R3进入可编程叠加电压电路，之后输出至全差分运算放大器。实际上，在图2所示的电路中，两个相同阻值的电阻R3采样输入中频信号的共模电压VCM1，在此共模电压的基础上叠加一个可变电压Vdelta得到一输出电压VCM，然后输出给全差分运放的共模输入端，经过处理后得到偏置电压，并将该偏置电压提供给开关管电路的M1、M2、M3、M4；其中可变电压Vdelta采用两位控制字实现可编程。相比之前文献中提出的方法，本发明采用全差分运放实现自举功能，使得差分开关管栅极偏置电压具有更好的差分性；良好设计的单位增益差分信号缓冲器能够更好地跟随中频信号的变化。同时采用两位控制字实现偏置电压可编程，提高了电路的灵活性。
[0030] 进一步地，请参考图3，该可编程叠加电压电路包括MOS管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6、MN7、MN8、MP1、MP2及开关Sw1、Sw2，共模电压VCM1输入MN1的栅极，MN1的漏极连接MP1的源极和MP2的栅极，MN1的源极连接MN2的源极和MN5的漏极，MN2的漏极连接MP2的源极、MN3的栅极及输出电压，MN2的栅极连接MN3的源极、MN6的漏极、MN7的漏极及MN8的漏极，MN3的漏极连接MP1的漏极、MP2的漏极、MN4的漏极及MN6的栅极，MN4的栅极和漏极连接，且MN4的源极连接MN5、MN6、MN7、MN8的源极后接地，MN6的漏极连接MN2的栅极、MN3的源极、MN7的漏极和MN8的漏极，开关Sw1的一端连接MN6的栅极和开关Sw2的一端，开关Sw1的另一端和开关Sw2的一端、MN8的源极连接后接地，开关Sw1的控制端接入控制信号ictrl0，开关Sw2的控制端接入控制信号ictrl1。
[0031] 需要说明的是，在图3中，输入电压VCM1是采样到的中频差分信号的共模电压，输出电压VCM＝VCM1+VGS3，其中VGS3是MN3的栅源电压，这个电压与偏置电流I3的值成正比，I3电流越大，对应的VGS3也越大。I3由输入偏置电流Ibias、NMOS管MN4、MN6、MN7、MN8以及两位控制信号ictrl0和ictrl1来决定。其中开关sw1、sw2的输出端分别连接到MN7、MN8的栅极，两位控制信号ictrl1、ictrl0连接到开关sw1、sw2的控制端，用来实现对偏置电流I3的控制。
[0032] 从以上描述可以看出，本发明的CMOS上变频无源混频器具有以下有益效果：
[0033] (1)开关管电路的栅电压具有自举功能，使得混频器开关的栅压能够自动跟随输入中频信号的幅度变化，当该开关管电路导通时，因为其过驱动电压几乎保持恒定，因此导通电阻相应保持恒定，从而减少了谐波失真，提高了开关管的线性；
[0034] (2)本发明中涉及的栅电压自举功能采用差分运算放大器实现，从而保证了差分开关管栅压偏置电压的差分性；
[0035] (3)采用两位控制信号实现了开关管栅电压的可编程，使得开关管栅电压跟随输入中频信号变化的同时，具有一定的灵活性。通过两位控制信号可以得到4组不同是栅电压。
[0036] 以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
