專利名稱：射頻識別中的電流注入型混頻器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種混頻器，特別是涉及一種射頻識別中的電流注入型混頻器。
背景技術：
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，對相關設備的性能提出了更高的要求，而射頻識別 (RFID)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，也同樣要求RFID閱讀器和標簽具有較高的性能。混頻器作為RFID中的一個重要模塊，其主要功能是通過兩個信號相乘實現(xiàn)頻率轉換。轉換增益、噪聲、線性度等是混頻器的關鍵性能指標，直接影響著RFID系統(tǒng)的性能?；祛l器一般是由跨導級、開關級以及負載組成的，跨導級將射頻電壓信號轉換成射頻電流信號，本振信號輸入到開關級，從而控制晶體管的開和關，最后經(jīng)由負載得到所需要的信號。如圖1所示，為現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路圖，現(xiàn)有Gilbert混頻器是由跨導電路、開關電路、尾電流電路和負載電路組成。所述負載電路包括第一負載電阻R1和第二負載電阻&，第一負載電阻R1和第二負載電阻&的第一端都和電源電壓VDD相連。所述開關電路包括第一 NMOS開關管M4、第二 NMOS開關管M5、第三NMOS開關管M6 和第四NMOS開關管M7 ；所述第一 NMOS開關管M4和第二 NMOS開關管M5的源極相連接組成第一電流路徑、連接處為所述第一電流路徑的輸出端，所述第三NMOS開關管M6和第四NMOS 開關管M7的源極相連接組成第二電流路徑、連接處為所述第二電流路徑的輸出端；所述第一 NMOS開關管M4和所述第四NMOS開關管M7的柵極都接第一本振電壓信號L0+，所述第二 NMOS開關管M5和所述第三NMOS開關管M6的柵極都接第二本振電壓信號L0-，所述第一本振電壓信號LO+和所述第二本振電壓信號LO-為一對本振電壓差分信號。所述第一匪OS開關管M4和所述第三NMOS開關管M6的漏極都接所述第一負載電阻R1的第二端，所述第二 NMOS開關管M5和所述第四NMOS開關管M7的漏極都接所述第二負載電阻&的第二端。所述第一負載電阻札的第二端為所述負載電路的第一輸出端并組成第一信號輸出端，所述第二負載電阻&的第二端為所述負載電路的第二輸出端并組成第二信號輸出端。所述第一信號輸出端和第一輸出隔直電容C1的第一端相連、所述第二信號輸出端和第二輸出隔直電容(2的第一端相連，第一輸出隔直電容C1的第二端輸出中頻電壓信號IF+、 第二輸出隔直電容C2的第二端輸出中頻電壓信號IF-，所述中頻電壓信號IF+和所述中頻電壓信號IF-為一對中頻電壓差分信號。所述跨導電路包括第一 NMOS輸入跨導管M2、第二 NMOS輸入跨導管M3。所述尾電流電路為一 NMOS尾電流管Mp所述第一 NMOS輸入跨導管M2和所述第二 NMOS輸入跨導管 M3的源極都和所述NMOS尾電流管M1的漏極相連接；所述NMOS尾電流管M1的源極接地、所述NMOS尾電流管M1的柵極接第一偏置電壓VB1。所述NMOS尾電流管M1用于提供穩(wěn)定的工作電流。
所述第一 NMOS輸入跨導管M2的漏極與所述第一 NMOS開關管M4的源極及第二 NMOS 開關管M5的源極相連接；所述第二 NMOS輸入跨導管M3的漏極與所述第三NMOS開關管M6 的源極及第四NMOS開關管M7的源極相連接。所述第一 NMOS輸入跨導管M2的柵極為第一信號輸入端，所述第二 NMOS輸入跨導管M3的柵極為第二信號輸入端。所述第一信號輸入端連接第一射頻電壓信號RF+，所述第二信號輸入端連接第二射頻電壓信號RF-；所述第一射頻電壓信號RF+和所述第二射頻電壓信號RF-為一對射頻電壓差分信號。如圖1所示的現(xiàn)有GiIbert混頻器工作時，所述第一 NMOS輸入跨導管M2和所述第二 NMOS輸入跨導管M3分別將所述第一射頻電壓信號RF+和所述第二射頻電壓信號RF-轉換為射頻電流信號。所述第一本振電壓信號LO+和所述第二本振電壓信號LO-輸入到所述開關電路，并控制所述開關電路的晶體管的開關，所述射頻電流信號流過開關管后，相當于和開關的信號相乘，最后在所述第一負載電阻隊和第二負載電阻&上就產(chǎn)生了和頻和差頻電壓信號，在上混頻器中用到了和頻的射頻信號，在下混頻器中用到差頻的中頻信號，在本發(fā)明中用到了差分的中頻信號，即最后通過所述第一負載電阻隊和第二負載電阻&將射頻電流信號轉換為所述中頻電壓信號IF+和所述中頻電壓信號IF-輸出。如圖1所示的現(xiàn)有Gilbert混頻器的增益不高且噪聲系數(shù)較大，所以出現(xiàn)了電流注入型混頻器，如圖2所示，為現(xiàn)有電流注入型混頻器的電路圖?，F(xiàn)有電流注入型混頻器和如圖1所示的現(xiàn)有Gilbert混頻器的不同之處是增加了兩個電流注入管，分別為第一 NMOS 電流注入管M8、第二 NMOS電流注入管禮。所述第一 NMOS電流注入管M8和所述第二 NMOS電流注入管M9的漏極都接電源電壓VDD，所述第一 NMOS電流注入管M8和所述第二 NMOS電流注入管M9的柵極都接第二偏置電壓VB2。所述第一 NMOS電流注入管M8的源極接所述第一 NMOS開關管M4和第二 NMOS開關管M5的源極，所述第二 NMOS電流注入管M9的源極接所述第三NMOS開關管M6和第四NMOS 開關管M7的源極。如上連接后，所述第一 NMOS電流注入管M8和由所述第一 NMOS開關管M4 和第二 NMOS開關管M5組成的第一電流路徑并聯(lián)并組成第一射頻偏置電流路徑；所述第二 NMOS電流注入管M9和由所述第三NMOS開關管M6和第四NMOS開關管M7組成的第二電流路徑并聯(lián)并組成第二射頻偏置電流路徑。如上連接后，輸入到所述第一 NMOS輸入跨導管M2的電流由所述第一電流路徑的電流變化到所述第一射頻偏置電流路徑；輸入到所述二 NMOS輸入跨導管M3的電流由所述第二電流路徑的電流變化到所述第二射頻偏置電流路徑。這樣就能夠實現(xiàn)增加所述第一 NMOS輸入跨導管M2和所述第二 NMOS輸入跨導管M3的電流，因為所述第一射頻偏置電流路徑是由所述第一匪OS電流注入管M8和所述第一電流路徑并聯(lián)并組成；所述第二射頻偏置電流路徑是由所述第二 NMOS電流注入管M9和所述第二電流路徑并聯(lián)并組成，具有如下的電流關系IKF = 2Ιω+ΙΒ，其中Ikf是所述第一射頻偏置電流路徑或所述第二射頻偏置電流路徑的電流，Ilo是流經(jīng)本振晶體管即所述第一 NMOS開關管M4、第二 NMOS開關管M5、第三 NMOS開關管M6或第四NMOS開關管M7的電流，Ib是流經(jīng)第一 NMOS電流注入管M8或所述第二 NMOS電流注入管M9的電流。這樣增加射頻偏置電流就可以增加所述第一 NMOS輸入跨導管M2或所述二 NMOS輸入跨導管M3的跨導，從而增加混頻器電路的線性度；而所述第一 NMOS電流注入管M8或所述第二 NMOS電流注入管M9能吸收增加的射頻偏置電流，甚至是再吸收一部分本振晶體管中的電流，這樣使得本振晶體管貢獻的閃爍噪聲減少，混頻器的整體噪聲也相應減少。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種射頻識別中的電流注入型混頻器，能增加混頻器的總的輸入跨導和增益、能降低混頻器的噪聲系數(shù)。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的射頻識別中的電流注入型混頻器包括一負載電路。一開關電路，連接于所述負載電路，所述開關電路和所述負載電路的連接處為信號輸出端；所述開關電路包括第一電流路徑和第二電流路徑。一尾電流電路。一跨導電路， 包括第一輸入跨導管、第二輸入跨導管、第一電流注入管、第二電流注入管；所述第一電流注入管和所述第一電流路徑并聯(lián)組成第一射頻偏置電流路徑，所述第一輸入跨導管串聯(lián)于所述第一射頻偏置電流路徑上；所述第二電流注入管和所述第二電流路徑并聯(lián)組成第二射頻偏置電流路徑，所述第二輸入跨導管串聯(lián)于所述第二射頻偏置電流路徑上；所述第一輸入跨導管的信號輸入端和所述第一電流注入管的信號輸入端相連接組成第一信號輸入端， 所述第二輸入跨導管的信號輸入端和所述第二電流注入管的信號輸入端相連接組成第二信號輸入端；所述第一信號輸入端和所述第二信號輸入端分別和一對射頻電壓差分信號相連。更進一步的改進是，所述第一輸入跨導管和所述第二輸入跨導管都為NMOS管，所述第一電流注入管和所述第二電流注入管都為PMOS管。所述第一電流注入管和所述第二電流注入管的源極都接電源電壓；所述第一電流注入管的漏極和所述第一電流路徑的輸出端相連組成所述第一射頻偏置電流路徑；所述第二電流注入管的漏極和所述第二電流路徑的輸出端相連組成所述第二射頻偏置電流路徑。所述第一輸入跨導管和所述第二輸入跨導管的源極相連接并都連接到尾電流電路上；所述第一輸入跨導管的漏極和所述第一電流路徑的輸出端相連、所述第二輸入跨導管的漏極和所述第二電流路徑的輸出端相連。所述第一輸入跨導管、所述第二輸入跨導管、所述第一電流注入管和所述第一電流注入管的信號輸入端為各晶體管的柵極；所述第一輸入跨導管的柵極和所述第一電流注入管的柵極相連接組成第一信號輸入端；所述第二輸入跨導管的柵極和所述第二電流注入管的柵極相連接組成第二信號輸入端。更進一步的改進是，所述開關電路包括第一 NMOS開關管、第二 NMOS開關管、第三 NMOS開關管和第四NMOS開關管；所述第一 NMOS開關管和第二 NMOS開關管的源極相連接且為所述第一電流路徑的輸出端，所述第三NMOS開關管和第四NMOS開關管的源極相連接且為所述第二電流路徑的輸出端。所述第一 NMOS開關管和所述第四NMOS開關管的柵極都接第一本振電壓信號，所述第二 NMOS開關管和所述第三NMOS開關管的柵極都接第二本振電壓信號，所述第一本振電壓信號和所述第二本振電壓信號為一對本振電壓差分信號。所述第一 NMOS開關管和所述第三NMOS開關管的漏極都接所述負載電路的第一輸出端，所述第二 NMOS開關管和所述第四NMOS開關管的漏極都接所述負載電路的第二輸出端。所述負載電路的第一輸出端組成第一信號輸出端、所述負載電路的第二輸出端組成第二信號輸出端，所述第一信號輸出端和所述第二信號輸出端分別連接一輸出隔直電容，各所述輸出隔直電容輸出一對中頻電壓差分信號。更進一步的改進是，所述負載電路包括第一負載電阻和第二負載電阻；所述第一負載電阻的第一端連接電源電壓、所述第一負載電阻的第二端為所述負載電路的第一輸出端；所述第二負載電阻的第一端連接電源電壓、所述第二負載電阻的第二端為所述負載電路的第二輸出端。更進一步的改進是，所述尾電流電路為一 NMOS尾電流管，所述NMOS尾電流管的源極接地，所述NMOS尾電流管的漏極與所述第一射頻偏置電流路徑和所述第二射頻偏置電流路徑的輸出端相連，所述NMOS尾電流管的柵極接一偏置電壓。本發(fā)明電路通過將電流注入管組合到混頻器的跨導電路中，不僅能夠增加各輸入跨導管的射頻偏置電流，而且還能增加混頻器的總的輸入跨導和增益、能降低混頻器的噪聲系數(shù)。相對于現(xiàn)有電流注入型混頻器，本發(fā)明還省略掉了電流注入管的偏置電壓的設置， 從而能使電路更簡單。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是現(xiàn)有Gilbert混頻器的電路圖；圖2是現(xiàn)有電流注入型混頻器的電路圖；圖3是本發(fā)明實施例電流注入型混頻器的電路圖。
具體實施例方式如圖3所示，是本發(fā)明實施例電流注入型混頻器的電路圖，和圖1所示的現(xiàn)有 Gilbert混頻器的電路圖以及如圖2所示的現(xiàn)有電流注入型混頻器的差異主要為電流注入管的設計不同。以下僅對本發(fā)明實施例的電流注入管部分進行描述。本發(fā)明實施例電流注入型混頻器的跨導電路還包括第一 PMOS電流注入管Mltl和第二 PMOS電流注入管M11。所述第一 PMOS電流注入管Mltl和所述第二 PMOS電流注入管M11的源極都接電源電壓；所述第一 PMOS電流注入管Mltl的漏極連接所述第一 NMOS開關管M4和第二 NMOS開關管M5的源極，所述第二 PMOS電流注入管M11的漏極連接所述第三NMOS開關管M6和第四NMOS開關管M7的源極。如上連接后，所述第一 PMOS電流注入管Mltl和由所述第一 NMOS開關管M4和第二 NMOS開關管M5組成的第一電流路徑并聯(lián)并組成第一射頻偏置電流路徑；所述第二 PMOS電流注入管M11和由所述第三NMOS開關管M6和第四NMOS開關管 M7組成的第二電流路徑并聯(lián)并組成第二射頻偏置電流路徑。所述第一匪OS輸入跨導管M2的柵極和所述第一 PMOS電流注入管Mltl的柵極相連接組成第一信號輸入端；所述第二 NMOS輸入跨導管M3的柵極和所述第二 PMOS電流注入管 M11的柵極相連接組成第二信號輸入端。所述第一信號輸入端連接第一射頻電壓信號RF+， 所述第二信號輸入端連接第二射頻電壓信號RF-；所述第一射頻電壓信號RF+和所述第二射頻電壓信號RF-為一對射頻電壓差分信號。在本發(fā)明實施例電流注入型混頻器中，將兩個NMOS電流注入管換成了 PMOS電流注入管即所述第一 PMOS電流注入管Mltl和所述第二 PMOS電流注入管M11,并且將PMOS電流注入管的柵極和射頻信號輸入端相連，使PMOS電流注入管作為混頻器的跨導電路的一部分即也作為一輸入跨導管，形成跨導互補結構。與如圖2所示的現(xiàn)有電流注入型混頻器相比，PMOS電流注入管不僅可以起到分流的作用，而且增加了混頻器總的輸入跨導，從而增加了混頻器的增益?，F(xiàn)有Gilbert混頻器和現(xiàn)有電流注入型混頻器的增益可以表示為 CG =吾gmnRL，而本發(fā)明實施例電流注入型混頻器的增益為CG =吾(gmn + gmp)RL,
可以看出本發(fā)明實施例電流注入型混頻器的增益有所提高。 另外，在對于現(xiàn)有電流注入混頻器和本發(fā)明實施例電流注入型混頻器中，兩者的負載電路的負載電阻的阻抗和開關電路的NMOS開關管產(chǎn)生的噪聲都相同，主要的區(qū)別在于跨導電路的各輸入跨導管產(chǎn)生的噪聲不同，Gilbert混頻器的噪聲系數(shù)可以如下表示，其中gm表示輸入跨導管的跨導，Rl為混頻器的負載阻抗，A為本振信號的幅度，I 為偏置直流電流，Y為各晶體管的噪聲因子。在現(xiàn)有電流注入型混頻器中，輸入跨導管的跨導為gmn，而在本發(fā)明實施例電流注入型混頻器中，輸入跨導管的總跨導為g +gmp，從上面公式可以看出，由于等效跨導增加，本發(fā)明實施例電流注入型混頻器的噪聲系數(shù)有所降低。以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種射頻識別中的電流注入型混頻器，其特征在于，包括一負載電路；一開關電路，連接于所述負載電路，所述開關電路和所述負載電路的連接處為信號輸出端；所述開關電路包括第一電流路徑和第二電流路徑；一尾電流電路；一跨導電路，包括第一輸入跨導管、第二輸入跨導管、第一電流注入管、第二電流注入管；所述第一電流注入管和所述第一電流路徑并聯(lián)組成第一射頻偏置電流路徑，所述第一輸入跨導管串聯(lián)于所述第一射頻偏置電流路徑上；所述第二電流注入管和所述第二電流路徑并聯(lián)組成第二射頻偏置電流路徑，所述第二輸入跨導管串聯(lián)于所述第二射頻偏置電流路徑上；所述第一輸入跨導管的信號輸入端和所述第一電流注入管的信號輸入端相連接組成第一信號輸入端，所述第二輸入跨導管的信號輸入端和所述第二電流注入管的信號輸入端相連接組成第二信號輸入端；所述第一信號輸入端和所述第二信號輸入端分別和一對射頻電壓差分信號相連。
2.如權利要求1所述射頻識別中的電流注入型混頻器，其特征在于所述第一輸入跨導管和所述第二輸入跨導管都為NMOS管，所述第一電流注入管和所述第二電流注入管都為PMOS管；所述第一電流注入管和所述第二電流注入管的源極都接電源電壓；所述第一電流注入管的漏極和所述第一電流路徑的輸出端相連組成所述第一射頻偏置電流路徑；所述第二電流注入管的漏極和所述第二電流路徑的輸出端相連組成所述第二射頻偏置電流路徑；所述第一輸入跨導管和所述第二輸入跨導管的源極相連接并都連接到尾電流電路上； 所述第一輸入跨導管的漏極和所述第一電流路徑的輸出端相連、所述第二輸入跨導管的漏極和所述第二電流路徑的輸出端相連；所述第一輸入跨導管、所述第二輸入跨導管、所述第一電流注入管和所述第一電流注入管的信號輸入端為各晶體管的柵極；所述第一輸入跨導管的柵極和所述第一電流注入管的柵極相連接組成第一信號輸入端；所述第二輸入跨導管的柵極和所述第二電流注入管的柵極相連接組成第二信號輸入端。
3.如權利要求1所述射頻識別中的電流注入型混頻器，其特征在于所述開關電路包括第一 NMOS開關管、第二 NMOS開關管、第三NMOS開關管和第四NMOS開關管；所述第一 NMOS開關管和第二 NMOS開關管的源極相連接且為所述第一電流路徑的輸出端，所述第三 NMOS開關管和第四NMOS開關管的源極相連接且為所述第二電流路徑的輸出端；所述第一 NMOS開關管和所述第四NMOS開關管的柵極都接第一本振電壓信號，所述第二 NMOS開關管和所述第三NMOS開關管的柵極都接第二本振電壓信號，所述第一本振電壓信號和所述第二本振電壓信號為一對本振電壓差分信號；所述第一 NMOS開關管和所述第三NMOS開關管的漏極都接所述負載電路的第一輸出端，所述第二 NMOS開關管和所述第四NMOS開關管的漏極都接所述負載電路的第二輸出端；所述負載電路的第一輸出端組成第一信號輸出端、所述負載電路的第二輸出端組成第二信號輸出端，所述第一信號輸出端和所述第二信號輸出端分別連接一輸出隔直電容，各所述輸出隔直電容輸出一對中頻電壓差分信號。
4.如權利要求1所述射頻識別中的電流注入型混頻器，其特征在于所述負載電路包括第一負載電阻和第二負載電阻；所述第一負載電阻的第一端連接電源電壓、所述第一負載電阻的第二端為所述負載電路的第一輸出端；所述第二負載電阻的第一端連接電源電壓、所述第二負載電阻的第二端為所述負載電路的第二輸出端。
5.如權利要求1所述射頻識別中的電流注入型混頻器，其特征在于所述尾電流電路為一 NMOS尾電流管，所述NMOS尾電流管的源極接地，所述NMOS尾電流管的漏極與所述第一射頻偏置電流路徑和所述第二射頻偏置電流路徑的輸出端相連，所述NMOS尾電流管的柵極接一偏置電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻識別中的電流注入型混頻器，其跨導電路包括兩個電流注入管。兩個電流注入管分別和第一電流路徑、第二電流路徑并聯(lián)組成兩個射頻偏置電流路徑，分別為第一輸入跨導管和第二輸入跨導管提供射頻偏置電流。兩個電流注入管也為兩個輸入跨導管，其信號輸入端分別和一對射頻電壓差分信號相連。本發(fā)明能增加混頻器的總的輸入跨導和增益、能降低混頻器的噪聲系數(shù)。
文檔編號H03D7/06GK102570981SQ20101058169
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2010年12月9日
發(fā)明者景一歐, 馬和良 申請人:上海華虹集成電路有限責任公司