基于CMOS模拟开关实现平衡混频器

基于CMOS模拟开关实现平衡混频器

　　3 CMOS 模拟开关实现平衡混频器

　　吉尔伯特单平衡混频器的基本结构框图如图2 所示，组成单元为放大器、开关和负载。混频器的最终输出等于输入信号与一个开关函数相乘，此开关函数与本振信号频率相同。

图2 单平衡混频器等效电路

　　综上所述，得到一混频器设计思路一一寻找一个放大器，然后在输出之前，寻找一合适位置，设一开关级，使用平衡结构，再通过选择合适的负载输出信号。

　　3.1 CMOS 模拟开关的特性

　　CMOS 模拟开关虽然具有开关性但是和机械开关有所不同，本身具有半导体特性。模拟开关的简单示意图如图3 所示， 由图中可以看出模拟开关实际是由两个对偶的N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 构成。如果将不同VIN 值所对应的P 沟道与N 沟道的导通电阻并联， 可得到结构下的RON 随输入电压VIN 的变化关系。导通电阻RON 随输入信号VIN 变化，如果不考虑温度、电源的影响RON 随输入信号Vin 呈线性关系。

图3 典型CMOS 模拟开关内部结构

　　低导通电阻RON 带来一负面效应，每次开关导通或断开瞬间都有一定数量的电荷被注入或吸出模拟通道。开关本身根据负载大小提供十几毫安的电流,假设开关能够为固定负载提供的电流为Iout,导通电阻随输入信号VIN 变化导致的电流变化为gmlVRF，则开关输出的呈现变化的电流为：

　　此函数与Gilbert 单平衡混频器的中频输出电流函数等效。可利用中频谐振网络将中频信号滤除，选出需要的频率。

　　3.2 开关混频器的设计

　　实际设计的开关混频器电路如图4 所示。CMOS 模拟开关采用FAILCHILD 公司的FSA3157,其为单刀双掷，导通电阻小于10 欧姆，3 dB 带宽可达250 MHz。射频输入端采用变压器， 将射频信号由非平衡转换为平衡输出分别连接至单刀双掷开关的两路输出端;本振信号(+5 V，TTL)连接至开关的控制端，直接驱动开关;中频输出端采用低通滤波器滤出中频频率;开关公共端接地。

图4 开关混频器的实际电路