射频与微波一款应用于GPS接收机的抗失配零中频混频器庄海孝1马成炎1,2叶甜春1(1中国科学院微电子研究所,北京,100029(2杭州中科微电子有限公司,杭州,3100532009-10-28收稿,2010-04-15收改稿摘要:为了解决单正交零中频混频器I/Q失配造成的影响,提高自身镜像抑制能力。基于电位混频原理采用CMOS0.18m工艺设计出一款工作在1.57542GHz双正交结构的抗失调零中频混频器,通过添加四个电容构成MOSFET-C低通滤波器以及两个在低频段工作的运放构成的输出放大级,射频输入信号能够得到有效处理。测试结果表明该结构在镜像抑制能力上比传统结构改善了6dB左右,电路采用1.8V供电电压,功耗为3.6mW,1MHz频点附近的噪声系数约为17dB,1dB输入压缩点为14.6dBm。关键词:零中频;双正交;相位失配;幅度失配:TN773文献标识码:A:1000-3819(201004-0528-06AMis-matchingTolerantZero-IFMixerforGPSApplicationZHUANGHaixiao1MAChenyan1,2YETianchun1(1InstituteofMicroelectronics,theChineseAcademyofScience,Beijing,100029,CHN(2HangzhouZhongkeMicroelectronicsCo.Ltd.,Hangzhou,310053,CHNAbstract:Thispaperpresentsanovelzero-IFtopologymixercalledthedoubleorthogonalzero-IFtoreducetheinfluenceofimagesignalthatiscausedbyimbalanceofamplitudeandphaseofI/Qchannelinreceiver.ThemixingisbasedonthemodulationofMOStransistorinthetrioderegionwhichrendersanexcellentlinearity.Withfourextracapacitorsaddedtotheclassicalcross-coupledMOSFET-Clow-passfilterstructure,1.57542GHzsignalcanbeprocessedwhileonlytwolow-frequencyopampsarerequiredasoutputamplifier.Studieshaveshownthatwiththenewtopologythesensitivitytophaseerrorsoforthogonalchannelscanbesignificantlyde-creased,andthattheimage-recognitionratio(IRRagainstthegainmismatchcharacteristicsisinherentlysuperiortotheconventionalzero-IFschemeby~6dB.Testresultsshowthatthecir-cuithasanoisefigureof17dB@1MHz,aP1dBof14.6dBm.Thecircuitwasdesignedandimple-mentedin0.18mCMOSprocess,consumes2mAcurrentfrom1.8Vsupplyvoltage.Keywords:zero-IF;doubleorthogonal;phaseerror;amplitudemismatchEEACC:1250引言无线收发机射频前端主要完成频率的变换,接收机射频前端将接收到的信号转换成低频信号,而发射机射频前端将要发射的低频信号转换成射频信号,频率变换功能就是由混频器完成的。一般的混频器是一种非线性时变电路,依靠本身的非线性来完成频率变换,具有与其它电路不同的特点。在零中频接收机中,有用信号被直接变到基带,第30卷第4期2010年12月固体电子学研究与进展RESEARCHPROGRESSOFSSEVol.30,No.4Dec.,2010((镜像信号是有用信号本身,可以减轻对镜像抑制的要求,而且下变频后的低通滤波器和模数变换器都工作在很低的频率下,降低了集成电路的实现难度,集成度可以做得很高,功耗可以进一步降低。零中频接收机的诸多优势引起了人们极大的兴趣。但是到目前为止,实用的零中频接收机仍然比较少见。这主要是由于零中频接收机存在的I/Q支路失配、直流失调、偶数阶失真、闪烁噪声、LO泄漏等一系列问题影响了接收机的性能[1-2]。偶数阶失真的影响可以通过采用差分结构LNA和混频器来消除。加大开关管的尺寸、保持开关对版图的匹配可以大大减弱闪烁噪声的影响,同时可以抑制本振信号泄漏到射频输入端进而自混频产生直流信号。当前已有多种方案来消除直流失调[3],其中最可行的有两种,第一种方案是利用接收机某些空闲时隙对直流失调进行采样并存储起来,在接收机转为工作状态后,将接收到的基带信号和存储的直流失调电压相减来消除失调的影响。第二种方案是利用成熟的数字信号处理技术来确定直流失调电压的大小,并将结果反馈模拟前端来消除直流失调。剩下的问题主要就是I/Q路失配。1I/Q失配虽然零中频没有镜像信号,但存在如图1所示的自身镜像,所以并没有最终解决镜像抑制问题。图1自身镜像信号产生过程Fig.1CreationofselfmirrorsignalbymixingtheRFsignalwithasinglesine图2单正交零中频结构示意图.为解决自身镜像问题,有人提出了...