混频器.pdf

本发明提供一种混频器，包含可控制负载、信号混合模块以及控制器。可控制负载通过控制信号控制来改变其等效负载值；信号混合模块具有输出端口与输入端口，输出端口耦合于可控制负载，输入端口耦合于输入信号，信号混合模块用于混合输入信号与本地振荡信号；控制器耦合于可控制负载，用于在本地振荡信号的切换瞬态期间产生控制信号，以减小可控制负载的等效负载值。本发明的混频器通过在切换瞬态期间减小可控制负载的等效负载值，从而抑制或阻止了混频器输出中的噪声，提升了混频器的性能。

1.  一种混频器，包含有：
可控制负载，通过控制信号控制来改变该可控制负载的等效负载值；
信号混合模块，具有输出端口与输入端口，该输出端口耦合于该可控制负载，该输入端口耦合于输入信号，该信号混合模块用于混合该输入信号与本地振荡信号；以及
控制器，耦合于该可控制负载，用于在该本地振荡信号的切换瞬态期间产生该控制信号，以减小该可控制负载的该等效负载值。

2.  如权利要求1所述的混频器，其特征在于，该可控制负载为正交切换负载，包含有：
第一负载装置，耦合于该输出端口的第一节点，该第一负载装置具有固定负载值；
第二负载装置，耦合于该输出端口的第二节点，该第二负载装置具有固定负载值；以及
切换装置，用于选择性地将该第一节点耦合于该第二节点，其中该切换装置由该控制信号控制，以在该本地振荡信号的切换瞬态期间将该第一节点耦合于该第二节点。

3.  如权利要求1所述的混频器，其特征在于，该可控制负载为正交切换负载，包含有：
运算放大器，具有第一输入节点、第二输入节点、第一输出节点以及第二输出节点，其中该第一输入节点耦合于该输出端口的第一节点，以及该第二输入节点耦合于该输出端口的第二节点；
第一负载装置，耦合于该运算放大器的该第一输入节点与该第一输出节点之间；
第二负载装置，耦合于该运算放大器的该第二输入节点与该第二输出节点之间；
第一切换装置，用于选择性地将该运算放大器的该第一输入节点耦合于该第一输出节点，其中该第一切换装置由该控制信号控制，以在该本地振荡信号的切换瞬态期间将该第一输入节点耦合于该第一输出节点；以及
第二切换装置，用于选择性地将该运算放大器的该第二输入节点耦合于该第二输出节点，其中该第二切换装置由该控制信号控制，以在该本地振荡信号的切换瞬态期间将该第二输入节点耦合于该第二输出节点。

4.  如权利要求1所述的混频器，其特征在于，该可控制负载为正交切换负载，包含有：
电感电容谐振回路，耦合于该输出端口的第一节点与第二节点之间；以及
切换装置，用于选择性地将该第一节点耦合于该第二节点，其中该切换装置由该控制信号控制，以在该本地振荡信号的切换瞬态期间将该第一节点耦合于该第二节点。

5.  如权利要求1所述的混频器，其特征在于，该可控制负载为正交切换负载，包含有：
电感电容谐振回路，耦合于该输出端口的第一节点与第二节点之间；
至少一频率调谐元件，耦合于该第一节点，用于在该频率调谐元件有效时调整该电感电容谐振回路的振荡频率；以及
切换装置，用于选择性地将该频率调谐元件耦合于该第二节点，其中该切换装置由该控制信号控制，以在该本地振荡信号的切换瞬态期间将该频率调谐元件耦合于该第二节点。

6.  如权利要求1所述的混频器，其特征在于，该可控制负载为正交切换负载，包含有：
电感电容谐振回路；
第一切换模块，包含多个第一切换装置，用于选择性地将该电感电容谐振回路耦合于该输出端口，其中该第一切换模块由该控制信号控制，以在该本地振荡信号的切换瞬态期间将该电感电容谐振回路与该输出端口断开；以及
第二切换模块，包含多个第二切换装置，用于选择性地将该输出端口耦合于预设参考电压，其中该第二切换模块由该控制信号控制，以在该本地振荡信号的切换瞬态期间将该输出端口耦合于该预设参考电压。

混频器
技术领域
本发明是有关于混合输入信号与本地振荡信号，特别是有关于一种具有可控制负载的混频器，其中可控制负载在本地振荡信号的切换瞬态(switchingtransients)期间具有减小的等效负载值。
背景技术
无线通信装置现已广泛应用于各种领域。一般来说，每一无线通信装置均具有发射机与接收机，发射机用于将用户数据转换为射频信号以进行数据传输，接收机用于将所接收的射频信号转换为用户数据以进行数据接收。无论在发射机还是接收机中，混频器在发射/接收射频信号时均发挥着重要的作用。在发射机中，混频器将输入信号(基带信号或中频信号)与本地振荡信号混合以产生将要发射的射频信号。在接收机中，混频器将天线所接收的射频信号与本地振荡信号混合，以产生基带信号或中频信号。
具体来说，无线通信装置的发射机与接收机内的混频器通常以基于互补式金属氧化物半导体(CMOS-based)的混频器设计来实现。现有的基于CMOS的混频器的一个问题在于，晶体管会产生不需要的低频闪烁噪声(flicker noise)，这些噪声会成为混频器输出的干扰而使得混频器的性能明显劣化。目前已发展出一些解决方法并将其应用于基于CMOS的混频器，特别是有源混频器(activemixer)中，用以减轻或消除在本地振荡信号的切换瞬态(switching transients)期间(即本地振荡信号的过零点处或其附近)由闪烁噪声与本地振荡信号混合所造成的干扰。举例来说，动态电流注入(inject)、动态电流结束(quench)或动态电流切换已应用于一般的有源混频器，用于阻止切换瞬态期间流经晶体管的直流电流，其中晶体管通过本地振荡信号进行切换。
然而，增加至一般的有源混频器中的附加电路元件会导致产生流向通过本地振荡信号进行切换的晶体管的静态或动态的直流偏移电流，进而在发射机中形成本地振荡泄漏(leakage)，以及在接收机中形成二阶拦截点(second-orderIntercept Point，IP2)。即使采用预设校准机制，仍然很难消除这些不可预知的直流偏移。此外，上述动态电流注入/结束/切换技术仅适用于有源混频器。换句话说，对于没有直流偏移的无源混频器(passive mixer)，现有的动态电流注入/结束/切换技术不起作用。
发明内容
为了解决现有技术中由于噪声干扰而导致混频器性能劣化的技术问题，本发明的目的之一在于提供一种具有可控制负载的混频器，其中可控制负载在本地振荡信号的切换瞬态(switching transients)期间具有减小的等效负载值。
依据本发明的实施例，提供一种混频器，包含可控制负载、信号混合模块以及控制器。可控制负载通过控制信号控制来改变其等效负载值；信号混合模块具有输出端口(port)与输入端口，输出端口耦合于可控制负载，输入端口耦合于输入信号，信号混合模块用于混合输入信号与本地振荡信号；控制器耦合于可控制负载，用于在本地振荡信号的切换瞬态期间产生控制信号，以减小可控制负载的等效负载值。
本发明的混频器与现有技术相比较，其有益效果包括：通过在切换瞬态期间减小可控制负载的等效负载值，从而抑制或阻止了混频器输出中的噪声，提升了混频器的性能。
附图说明
图1是依据本发明实施例的混频器的示意图。
图2是依据本发明实施例的本地振荡信号与控制信号的波形示意图。
图3是图1所示的可控制负载的第一实施例的电路示意图。
图4是图1所示的可控制负载的第二实施例的电路示意图。
图5是图1所示的可控制负载的第三实施例的电路示意图。
图6是图1所示的可控制负载的第四实施例的电路示意图。
图7是图1所示的可控制负载的第五实施例的电路示意图。
具体实施方式
在本说明书以及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件，本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件，本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则，在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含有”是开放式的用语，故应解释成“包含有但不限定于”，此外，“耦合”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述第一装置耦合于第二装置，则代表第一装置可以直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
阅读了下文对于附图所示实施例的详细描述之后，本发明对所属技术领域的技术人员而言将显而易见。
图1是依据本发明实施例的混频器100的示意图。如图1所示，混频器100包含可控制负载102、信号混合模块104以及控制器106，但不限定于此。请注意，为简洁起见，图1仅显示与本发明密切相关的电路元件。本实施例中，可控制负载102由控制信号SC_I/SC_Q控制，以改变其等效负载值。后续将阐述可控制负载102的一些实现方式的实施例，以更清楚地描述本发明的特征。信号混合模块104包含多个晶体管M1、M2、M3及M4，用于在混频器100进行同相信号(in-phase signal)处理时将输入端口(input port)(包括节点NA与NB)所接收的输入信号与本地振荡信号(LO_I_p，LO_I_n)混合，或在混频器100进行正交相位信号(quadrature-phase signal)处理时将输入端口所接收的输入信号与本地振荡信号(LO_Q_p，LO_Q_n)混合。信号混合模块104所产生的结果信号从输出端口输出，输出端口包括分别耦合于可控制负载102的节点NC与ND。请注意，输入信号可通过有源混频器(active mixer)配置或无源混频器(passivemixer)配置输入至信号混合模块104的输入端口。换句话说，图1所示的混频器架构可用于有源混频器或无源混频器，这取决于实际设计需要。控制器106耦合于可控制负载102，用于依据本地振荡信号(即LO_I_p、LO_I_n、LO_Q_p及LO_Q_n)产生控制信号SC_I/SC_Q，从而在本地振荡信号的切换瞬态(switching transients)期间减小可控制负载102的等效负载值。
请参照图2，图2是依据本发明实施例的本地振荡信号与控制信号的波形示意图。假如混频器100应用于同相信号处理，则图1所示的晶体管M1-M4依据本地振荡信号(包括LO_I_p与LO_I_n)选择性地导通或截止，切换瞬态ST_I_1-ST_I_4出现于LO_I_p与LO_I_n的过零点附近。控制器106配置为产生控制信号SC_I，SC_I包含多个对应于切换瞬态的脉冲。接收到控制信号SC_I之后，可控制负载102由这些脉冲控制以减小其等效负载值。由于在切换瞬态期间信号混合模块104的负载被减小或被移除，在切换瞬态期间流经信号混合模块104内的传导电晶体的电流也相应地减小或消除。通过这种方式，在切换瞬态期间可抑制或阻止混频器输出中的噪声。类似地，假如混频器100应用于正交相位信号处理，则图1所示的晶体管M1-M4依据本地振荡信号(包括LO_Q_p与LO_Q_n)选择性地导通或截止，切换瞬态ST_Q_1-ST_Q_4出现于LO_Q_p与LO_Q_n的过零点附近。借助于控制器106适当产生的控制信号SC_Q，在切换瞬态期间可防止混频器的输出受到晶体管所产生的噪声的影响。
请注意，在上述实施例中，控制器106通过处理本地振荡信号来产生控制信号SC_I/SC_Q。然而，本发明并不限定于此。任何在切换瞬态期间可产生所需的控制信号SC_I/SC_Q从而减小可控制负载102的等效负载值的可用技术，均可应用于控制器106。上述情形也遵循本发明的精神。
此外，上述实施例中，可控制负载102可利用正交切换负载(quadratureswitched load)来实现，正交切换负载的负载值通过切换控制装置(switch controlmeans)进行调整。以下描述正交切换负载的实施例。
图3是图1所示的可控制负载102的第一实施例的电路示意图。可控制负载102具有第一负载装置、第二负载装置以及切换装置SW。本实施例中，第一负载装置利用电阻R1来实现，第二负载装置利用电阻R2来实现，以及切换装置SW并联于电阻R1、R2。因此，当切换装置SW响应控制信号SC_I/SC_Q的脉冲而闭合时，信号混合模块104的输出端口的节点NC与ND被短路。因而可控制负载102的等效负载值被设定为0，阻止了噪声出现于混频器输出中。换句话说，图3所示的切换装置SW用于在本地振荡信号的切换瞬态期间依据控制信号SC_I/SC_Q来耦合节点NC至ND。
图4是图1所示的可控制负载102的第二实施例的电路示意图。可控制负载102包括具有输入节点IN1、IN2与输出节点OUT1、OUT2的运算放大器402，其中输入节点IN1、IN2分别耦合于信号混合模块104的输出端口的节点NC、ND。此外，可控制负载102还包括以电阻R1实现的第一负载装置、以电阻R2实现的第二负载装置、第一切换装置SW1以及第二切换装置SW2，其中电阻R1与第一切换装置SW1耦合于运算放大器402的输入节点IN1与输出节点OUT1之间，电阻R2与第二切换装置SW2耦合于运算放大器402的输入节点IN2与输出节点OUT2之间。当第一切换装置SW1与第二切换装置SW2响应控制信号SC_I/SC_Q的脉冲均闭合时，运算放大器402的反馈电阻R1与R2均被旁路(bypassed)，也就是说，可控制负载102的等效负载值为0，从而阻止了信号混合模块104的输出端口的节点NC、ND的噪声。换句话说，在本地振荡信号的切换瞬态期间，第一切换装置SW1由控制信号SC_I/SC_Q控制，用于将运算放大器402的输入节点IN1耦合于输出节点OUT1；以及第二切换装置SW2由控制信号SC_I/SC_Q控制，用于将运算放大器402的另一输入节点IN2耦合于另一输出节点OUT2。
图5是图1所示的可控制负载102的第三实施例的电路示意图。可控制负载102包含具有电感L1、L2与电容C的电感电容谐振回路(LC tank，以下称为LC谐振回路)502，LC谐振回路502耦合于信号混合模块104的输出端口的节点NC、ND之间。此外，可控制负载102还包括切换装置SW，用于选择性地将节点NC耦合于节点ND。也就是说，切换装置SW由控制信号SC_I/SC_Q的脉冲控制，在本地振荡信号的切换瞬态期间连接节点NC至ND。以这种方式，在本地振荡信号的切换瞬态期间，可控制负载102的等效负载值被设定为0。
图6是图1所示的可控制负载102的第四实施例的电路示意图。可控制负载102包含以电感L1、L2与电容C1实现的LC谐振回路602，LC谐振回路602耦合于信号混合模块104的输出端口的节点NC、ND之间。此外，可控制负载102还包括至少一频率调谐元件，耦合于信号混合模块104的输出端口，用于在频率调谐元件有效时调整LC谐振回路602的振荡频率。如图6所示，作为频率调谐元件的电容C2与C3分别耦合于节点NC与ND。此外，可控制负载102还包括切换装置SW，用于选择性地将位于输出端口的一个节点处的频率调谐元件耦合于输出端口的另一节点。也就是说，当切换装置SW响应控制信号SC_I/SC_Q的脉冲而闭合时，每一电容C2与C3均耦合于节点NC与ND之间并且有效，用于移位LC谐振回路602的振荡频率。因此，在本地振荡信号的切换瞬态期间，由于振荡频率移位，可减小可控制负载102的等效负载值。
图7是图1所示的可控制负载102的第五实施例的电路示意图。可控制负载102包含LC谐振回路702、第一切换模块704以及第二切换模块706。LC谐振回路702以电感L1、L2与电容C实现，第一切换模块704包含多个第一切换装置SW1，第二切换模块706包含多个第二切换装置SW2。在此实施例中，第一切换模块704与第二切换模块706不会同时闭合。举例来说，第一切换模块704由控制信号SC_I/SC_Q控制，而第二切换模块706由控制信号SC_I/SC_Q的反相信号控制。因此，第一切换模块704在控制信号SC_I/SC_Q的控制下，在本地振荡信号的切换瞬态期间切断LC谐振回路702与信号混合模块104的输出端口的节点NC、ND之间的连接；而第二切换模块706在控制信号SC_I/SC_Q的反相信号的控制下，在本地振荡信号的切换瞬态期间将信号混合模块104输出端口的节点NC、ND耦合于预设参考电压。如此，可控制负载102的等效负载值在本地振荡信号的切换瞬态期间被设定为0。
请注意，本发明实施例的电路配置仅用于阐述本发明的目的，并非用于限定本发明。在不脱离本发明的精神范围内，所属领域的技术人员对本发明的电路配置所做出的更动与润饰均属于本发明的保护范围。