超低中频CMOS下混频器的设计百叶箱休闲家具磨刀机接杆高岭土

超低中频CMOS下混频器的设计

摘 要：低中频架构由于其镜像抑制能力强，易于集成等优点而被广泛应用于接收机的设计中。混频器作为接收机的重要模块之一，它的主要作用是完成频率转换，其性能对接收机有很大的影响。设计了一个工作于GSM 850频带的超低中频CMOS混频器。为了提高转换增益和降低噪声，输入级加入了分流单元。在输出级应用共模反馈稳定输出电平。混频器工作的频带为869～894 MHz，中频输出为100 kHz。仿真结果显示增益为17 dB，三阶交调点为9．6 dB，噪声系数为17．5 dB。

关键词：超低中频；CMOS；下混频器；Girlbert

随着无线通信的迅猛发展，人们对无线通信收发机提出了越来越高的要求。低中频架构的接收机由于集成度高，镜像抑制能力强等诸多优点而被广泛使用。混频器作为接收机的重要模块之一，它的主要功能是完成频率转换，其性能优劣对接收机有很大的影响。本文采用TSMC 0．18 m CMOS工艺实现了一个应用于GSM频带(869～894 MHz)的下混频器，混频器采用的结构为Gilbert双平衡结构，输出为100 kHz的超低中频，得到了良好的设计结果。

1 主体电路设计

图1是典型的Gilbert单元。图中差分管M1和M2为混频器的跨导级，M3，M4，M5，M6为混频器的开关级。射频信号由M1和M2管的栅极输入，本振信号由M3，M4，M5，M6栅级输入，中频信号由开关管的漏级输铜端子出。本振信号足够强时，混频器输出的电流为：

该电流经过输出负载以后转化为所需要的电压信号。基于简单的Gilbert结构，为了达到要求的性能，对电路进行了如下的改进。具体的电路设计如图2所示。

1．1 驱动级的设计

在驱动级去掉了尾电流源，使用电流镜结构对M1和M2管进行偏置。这样做的好处就是可以提高电路的线性度，提高输出电压裕度。虽然包括实心或空心微米级尺寸的针无尾电流源结构可能使得更多的衬底噪声进入信号通道，但是通过精心的版图设计可以很好地减少衬底的影响。混频器的线性度和驱动级偏置电流的大小以及过驱动电压成正比，偏置电流越大，过驱动电压越大，线性度越好。根据混频器的增益公式高增益需要有大的负载电阻。过大的偏置电流会使得RL上的物联时期给人的向往在于数以百万亿个终端全部联压降太大，造成开关对和驱动管偏离饱和区，而且会增加开关对的噪声，并且增加了功耗。所以采用由M9，M10，M13和M14构成的电流抽取电路。抽取的电流不能太大，否则会严重影响混频器的线性度。M1管的Vgs是由M13管来提供的，根据：

在宽长比一定的条件下调节输入的基准电流源就可以确定Vgs的值。M1和M3的沟道长度都为350 nm，调节两个管子宽度的比值就可以控制M1管偏置电流的大小。设计中流过M1的电流为1.2 mA，抽取的电流值为0．5 mA左右。

1．2 开关管的设计

开关管的设计考虑主要是管子的闪烁噪声的影响。GSM的信道带宽为200 kHz，中频选为100 kHz可以使得本振信文氏管号的频率正好位于两个信道中心频率的中间，避免了本振信号对信道内信号的干扰。100 kHz的中频信号就要求具有极低的闪烁噪声拐角，设计中要求拐角在20 kHz以内。根据闪烁噪声拐角的公式：

第2个层次中的红外技术是对DSC分析方法的补充和验证要降低拐角频率只能增大器件面积(WL的值)。对于CMOS晶体管来说，闪烁噪声拐角一般落在500 kHz～1 MHz附近，这样是远不能满足设计要求的。所以开关管用了4个Bipolar的寄生管来进行设计，取代了由MOS管构成的开关级。这样能使得闪烁噪声拐角在20 kHz以内。1．3 输出级的设计

输出级采用了PMos电流镜做负载，和M7,M8并连的两个MIM电容的作用是滤去高次谐波。M7和Ⅵs管子的面积必须尽量大，这样才能有效地减少闪烁噪声。设计中M，和M8管取值W/L一320 m/1 m。由于输出级的直流偏置电平不能确定，所以必须增加共模反馈。这个任务是由M M12，M13,M14构成的简单运放来完成的。Vref的值为2．1 V，由电阻取出的共模电平和Vref相比较，输出的电平由M14的漏端反馈回M7和M8的栅级达到控制输出电平的目的。

2 仿真结果

图3是电路增益的仿真结果，在880 MHz时达到了18 dB左右。

图4是噪声系数的仿真，闪烁噪声拐点在20 kHz附近，在100 kHz时噪声达到了17．5 dB。

图5是三阶交调点的测试防水盒，在本振信号为一5 dB，输入的射被褥频信号为一30 dB时，三阶交调点的值为9．6 dB。

3 版图设计

图6为设计的版图。要注意的是高频差分信号的走线应尽量对称。

4 结 语

本文设计了一个工作在GSM频段的超低中频混频器，采用TSMC 0．18 m CMOS工艺，输出中频为100 kHz，增益为18 dB，噪声系数为17．5 dB，三阶交调

点为9．6 dB，可以应用于GSM接收机中。