阅读说明：本技术 一种基于噪声抵消的有源混频器 (Active mixer based on noise cancellation ) 是由 孙景业 常欢 齐增卫 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于混频器,为解决移除LNA使混频器直接对接天线,噪声性能较差的技术问题,提供一种基于噪声抵消的有源混频器,包括包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、电阻R1、电阻R2和变压器T1,晶体管M1和晶体管M2的栅端均连接偏置电压,晶体管M1的漏端连接晶体管M3和晶体管M4的源端,晶体管M2的漏端连接晶体管M5和晶体管M6的源端,晶体管M1和晶体管M2的源端分别连接变压器T1的两个输入端口,晶体管M3的栅端和晶体管M6的栅端均连接本振信号LOP,晶体管M4的栅端和晶体管M5的栅端均连接本振信号LON,晶体管M3的漏端和晶体管M5的漏端相连后与电阻R1相连,晶体管M4的漏端和晶体管M6的漏端相连后与电阻R2相连。(The invention belongs to a frequency mixer, and provides an active frequency mixer based on noise cancellation to solve the technical problem that the noise performance is poor when an LNA is removed to enable the frequency mixer to be directly connected with an antenna, wherein the active frequency mixer comprises a transistor M1, a transistor M2, a transistor M3, a transistor M4, a transistor M5, a transistor M6, a resistor R1, a resistor R2 and a transformer T1, gate ends of the transistor M1 and the transistor M2 are both connected with a bias voltage, a drain end of the transistor M1 is connected with source ends of the transistor M3 and the transistor M4, a drain end of the transistor M2 is connected with source ends of the transistor M5 and the transistor M6, source ends of the transistor M1 and the transistor M2 are respectively connected with two input ports of the transformer T2, a gate end of the transistor M2 and a gate end of the transistor M2 are both connected with a local oscillator signal LOP, a gate end of the transistor M2 and a drain end of the transistor M2 are both connected with a drain end of the local oscillator signal LON, and a drain end of the transistor M2 are connected with a drain resistor R2. The drain terminal of the transistor M4 is connected to the drain terminal of the transistor M6 and then to the resistor R2.)

一种基于噪声抵消的有源混频器

技术领域

本发明属于混频器，具体涉及一种基于噪声抵消的有源混频器。

背景技术

近年来，随着无线通讯系统和相关技术的快速发展，性能优异的射频接收机需求量越来越大。

传统的射频接收机包括低噪声放大器、混频器、滤波器和可变增益放大器等关键电路。其中，低噪声放大器负责将接收到的弱信号进行放大，并在放大的同时尽可能小的引入噪声；混频器负责完成接收机的核心功能，即将接收的高频信号下变频成低频信号。这种架构在噪声、线性度以及功耗等方面有着较好的折中，但是，不能满足某些高线性度要求的应用需求。

为了提高线性度，研究人员考虑将LNA移除，使混频器直接对接天线，可以有效提高接收机的线性度。但是，这种架构的噪声性能又较差。

发明内容

本发明为解决移除LNA使混频器直接对接天线，虽然能够有效提高接收机线性度，但噪声性能较差的技术问题，提供一种基于噪声抵消的有源混频器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于噪声抵消的有源混频器，其特殊之处在于，包括包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、电阻R1、电阻R2和变压器T1；

所述晶体管M1和所述晶体管M2的栅端均连接偏置电压，晶体管M1的漏端连接晶体管M3和晶体管M4的源端，晶体管M2的漏端连接晶体管M5和晶体管M6的源端，晶体管M1和晶体管M2的源端分别连接变压器T1的两个输入端口，变压器T1的第三端接地；

所述晶体管M3的栅端和所述晶体管M6的栅端均连接本振信号LOP，所述晶体管M4的栅端和所述晶体管M5的栅端均连接本振信号LON，所述本振信号LOP与所述本振信号LON为一对差分本振信号；

所述晶体管M3的漏端和所述晶体管M5的漏端相连后与电阻R1相连，所述晶体管M4的漏端和所述晶体管M6的漏端相连后与电阻R2相连，电阻R1和电阻R2的另一端均连接电源；

所述变压器T1的两个输入端口为异名端，变压器T1的初级线圈与次级线圈关于中心对称。

进一步地，所述晶体管M1在混频器差分输出端的噪声电流I_n,M1为：

其中，I₁为晶体管M1的噪声在晶体管M1支路上产生的噪声电流，I₂为晶体管M1的噪声在晶体管M2支路上产生的噪声电流，R_on为开关管的导通电阻，R_S为信号源阻抗R_s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明基于噪声抵消的有源混频器，由除变压器T1外的其他部件作为主体构建，可以实现下变频的功能，变压器T1负责控制噪声电流的流向，从而达到噪声抵消的目的。通过引入变压器对MOS管的噪声电流路径进行规划，从而实现了有用信号相位相反，噪声信号相位相同的目的，进而可以通过差分相减的方法抵消噪声。使得本发明的有源混频器能够应用于线性度要求高的接收机中，噪声低、线性度高且功耗低。

2.本发明基于噪声抵消的有源混频器中，晶体管M1和晶体管M2作为跨导管，能够将输入的射频电压信号转化为电流信号，并送至开关管中，晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5和晶体管M6作为开关管，在本振信号的驱动下实现周期信号的开与关，从而实现了变频的功能。电阻R1和电阻R2作为负载电阻，将电流信号转化为输出电压信号。

附图说明

图1为本发明基于噪声抵消的有源混频器实施例的示意图；

图2为本发明图1中变压器T1的实现原理示意图；

图3为本发明图1中晶体管M1的噪声电流分析电路图；

图4为本发明图3的电路简化图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种基于噪声抵消的有源混频器，相对于传统的混频器结构，为了改善移除低噪声放大器后带来的噪声恶化问题，本发明采用LNA噪声抵消的思路，将MOS的噪声通过某个回路产生一个同相的相关噪声，从而可以实现噪声的抵消。变压器T1的两个输入端口是异名端，并分别与晶体管M1的源端和晶体管M2的源端相连。变压器T1拓扑结构呈现初级线圈与次级线圈关于中心对称，可以实现变压器T1的两个端口电流流向一致，便于实现噪声抵消。通过引入变压器T1对MOS管的噪声电流的路径进行规划，从而实现了有用信号相位相反，噪声信号相位相同的目的，进而可以通过差分相减的方法抵消噪声。使得本发明的混频器具有低噪声、高线性度、低功耗的优势，能够适用于线性度要求高的应用。

射频输入信号RFP和RFN分别连接晶体管M1的源端和晶体管M2的源端，晶体管M1的栅端和晶体管M2的栅端连接偏置电压VB，晶体管M1的漏端连接晶体管M3的源端和晶体管M4的源端，晶体管M2的漏端连接晶体管M5的源端和晶体管M6的源端，晶体管M3的栅端和晶体管M6的栅端连接本振信号LOP，晶体管M4的栅端和晶体管M5的栅端连接本振信号LON，其中LOP和LON是一对差分本振信号，晶体管M3的漏端和晶体管M5的漏端相连后与电阻R1相连，晶体管M4的漏端和晶体管M6的漏端相连后与电阻R2相连，电阻R1和电阻R2的另一端连接电源。晶体管M1的源端和晶体管M2的源端分别连接变压器T1的两个输入端口，变压器的第三端连接到地。

除变压器T1外的其他元器件作为主体构建，可以实现下变频的功能。晶体管M1和晶体管M2作为跨导管，将输入的射频电压信号转化为电流信号，并送至开关管中。晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5和晶体管M6作为开关管，在本振信号的驱动下实现周期性的开与关，从而实现了变频的功能。电阻R1和电阻R2作为负载电阻，将电流信号转化为输出电压信号，变压器T1能够控制噪声电流的流向，从而达到噪声抵消的目的。

以作为跨导管的晶体管M1为例，其具体原理是晶体管M1产生一股从漏端流向源端的噪声电流I_n，该电流流经变压器T1时，由于法拉第定律，在晶体管M2的源端产生了一股与其同相的相关噪声I_n,introduced。同时，输入信号RF+和RF-是反向信号，可以在后级电路中通过一个减操作，消除或是降低噪声，而有用信号则是幅度叠加，从而起到了消除噪声的效果。

如图2是本发明变压器T1的具体实现方式，从图2中可以看到晶体管M1产生的噪声电流I_n从变压器T1的P端流入，由法拉第定律可以得知该电流产生垂直纸面向外的磁力线，该磁力线再由法拉第定律在次级线圈产生了顺时针的感应电流I_{n_introduced}。从图中可以看到，I_n和I_{n_introduced}是同相的噪声电流，与此同时，这两股噪声电流是相关噪声，是可以通过相减消除的。

以混频器中作为跨导管的晶体管M1为例进行噪声分析，混频器和前端高Q值变压器T1组成的电路如图3所示。晶体管M1的噪声电流以一个并联到MOS管源漏两端的电流源模拟，该电流流经变压器T1的初级线圈，并耦合到次级线圈形成感应电流，进而在晶体管M2支路上形成与晶体管M1支路同相的噪声电流。

如图4是图3相应的电路简化图，晶体管M1的噪声最终在晶体管M1支路和晶体管M2支路上产生的噪声电流分别是I₁和I₂。通过计算可得到

由晶体管M1在混频器的差分输出端贡献的噪声电流为

从式(2)可以看出，晶体管M1的噪声贡献被一定程度抵消，抵消的比例由信号源阻抗R_s与开关管的导通电阻R_on的相对大小决定。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。