基于CMOS模拟开关实现平衡混频器

　　1 引言

　　近年来，无线通信技术得到了迅猛地发展。它对收发信机前端电路提出的新要求是：高线性，低电压，低功耗，高度集成。混频器作为无线通信系统射频前端的核心部分之一，其性能的好坏将直接影响整个系统的性能。从频域角度看，混频器是频谱的线性搬移。实现频谱搬移的基本方法是将两个信号相乘。混频器利用器件的非线性特性来实现信号载波频率的变化， 产生输入频率的和频和差频分量。文章基于Gilbert 乘法器平衡混频器的工作原理，提出了一个新型混频器的结构，采用COMS 开关实现了一种平衡混频器，根据实测其性能完全满足工程需要且有低成本、高线性度、大动态等优点。

　　2 单平衡混频器的工作原理

　　常用有源单平衡混频器为Gilbert 单平衡混频器， 其实质为一可变互导乘法器，见图1 所示。它由三部分组成，一是由本振信号VLO(t)激励的差分对管Q2、Q3; 二是输出电流受射频信号VRF(t)控制的晶体管Q1;三是中频负载RL。如图1 所示。Q1 是射频小信号线性放大器(也称输入跨导级);差分对Q2、Q3 在本振大信号作用下可看作轮流导通的双向开关 ;当双端输出时，输出电流i 是两电流i2和i3 的差。

图1 单平衡混频器原理图

　　为保证Q1 工作于放大区，必须加上偏置电路给它设置合适的工作点。设其直流工作点电流是ICQ1在信号VRF(t)作用下，Q1 的集电极电流为(设Re短路)

　　由以上分析， 有源单平衡混频器是通过本振开关电路(Q2、Q3) 对跨导级电路(Q1) 形成的射频电流信号进行开关调制, 实现混频功能。负载级电路把混频产生的中频电流信号转换成电压信号。