1 导言
近年来，无线通信技能得到了迅猛地开展。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体系射频前端的中心部分之一，其功用的好坏将直接影响整个体系的功用。从频域视点看，混频器是频谱的线性搬移。完成频谱搬移的根本办法是将两个信号相乘。混频器运用器材的非线性特性来完成信号载波频率的改变， 发生输入频率的和频和差频重量。文章依据Gilbert 乘法器平衡混频器的作业原理，提出了一个新式混频器的结构，选用COMS 开关完成了一种平衡混频器，依据实测其功用彻底满意工程需求且有低成本、高线性度、大动态等长处。
2 单平衡混频器的作业原理
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)鼓励的差分对管Q2、Q3; 二是输出电流受射频信号VRF(t)操控的晶体管Q1;三是中频负载RL。如图1 所示。Q1 是射频小信号线性扩大器(也称输入跨导级);差分对Q2、Q3 在本振大信号效果下可看作轮番导通的双向开关
;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
为确保Q1 作业于扩大区，有必要加上偏置电路给它设置适宜的作业点。设其直流作业点电流是%&&&&&%Q1在信号VRF(t)效果下，Q1 的集电极电流为(设Re短路)
由以上剖析， 有源单平衡混频器是经过本振开关电路(Q2、Q3) 对跨导级电路(Q1) 构成的射频电流信号进行开关调制, 完成混频功用。负载级电路把混频发生的中频电流信号转化成电压信号。
3 CMOS 模仿开关完成平衡混频器
吉尔伯特单平衡混频器的根本结构框图如图2 所示，组成单元为扩大器、开关和负载。混频器的终究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，得到一混频器规划思路逐个寻觅一个扩大器，然后在输出之前，寻觅一适宜方位，设一开关级，运用平衡结构，再经过挑选适宜的负载输出信号。
3.1 CMOS 模仿开关的特性
CMOS 模仿开关尽管具有开关性可是和机械开关有所不同，自身具有半导体特性。模仿开关的简略示意图如图3 所示， 由图中能够看出模仿开关实践是由两个对偶的N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 构成。假如将不同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 的改变联系。导通电阻RON 随输入信号VIN 改变，假如不考虑温度、电源的影响RON 随输入信号Vin 呈线性联系。
图3 典型CMOS 模仿开关内部结构
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必定数量的电荷被注入或吸出模仿通道。开关自身依据负载巨细供给十几毫安的电流,假定开关能够为固定负载供给的电流为Iout,导通电阻随输入信号VIN 改变导致的电流改变为gmlVRF，则开关输出的出现改变的电流为：
此函数与Gilbert 单平衡混频器的中频输出电流函数等效。可运用中频谐振网络将中频信号滤除，选出需求的频率。
3.2 开关混频器的规划
实践规划的开关混频器电路如图4 所示。CMOS 模仿开关选用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。射频输入端选用变压器， 将射频信号由非平衡转化为平衡输出别离衔接至单刀双掷开关的两路输出端;本振信号(+5 V，TTL)衔接至开关的操控端，直接驱动开关;中频输出端选用低通滤波器滤出中频频率;开关公共端接地。
图4 开关混频器的实践电路
3.3 混频器功用测验
混频器的功用目标首要包含变频增益、线性度、阻隔度等。变频增益反映了从射频输入信号到输出信号衰减或扩大的程度，负的变频增益常被称为变频损耗。实测的开关混频器的变频损耗如图5 所示，在本振频率为50 MHz,射频输入频率为55 MHz～110 MHz 时的变频损耗， 在测验频段内损耗小于7 dB，动摇小于1 dB。
图5 混频器变频损耗曲线
LdB 紧缩点是表征线性度的一个目标。混频器的输出信号随输入信号功率的改变曲线图如图6 所示。能够看到当输入信号比较小时， 转化增益是一个常数， 增强到某一个值开端，它就偏离了直线。实测混频器的l dB 紧缩点大于13.5 dB。混频器阻隔度是指各频率端口间的彼此阻隔， 实测本振与中频端口的阻隔度在10 dB 左右。
图6 增益紧缩特性曲线图
3.4 混频器特性剖析
实测标明运用CMOS 开关能够完成开关混频器， 但CMOS 开关的参数影响比较大，运用中要注意以下几点：
① 模仿开关的导通和关断时刻，决议了开关混频器的作业频带，约束了混频器的运用;
② 开关驱动信号实践为本振信号。因为CMOS 模仿开关的逻辑操控端驱动电流极小，一般低于纳安级，因而它彻底能够由数字I/O 直接驱动，因而可直接选用DDS 或时钟芯片直接操控，然后到达下降功耗、简化电路的意图;
③ 模仿开关大多能够使信号双向传输， 因而开关混频器即能够作为上变频器，也能够作为下变频器;
④ 开关混频器的线性度取决于模仿开关的导通电阻RON，尽量挑选导通电阻较小的开关;
⑤ 因为开关的输入输出阻抗不是50 欧姆，因而运用过程中要对输入输出口进行阻抗匹.配;
⑥ 测验标明单平衡的本振阻隔度交差， 这由电路自身的结构决议，可选用双平衡方法，进步本振的阻隔度;
⑦ 混频器的奇数谐波比较丰富， 运用时需选用滤波网络进行滤波。这一特点在实践运用混频器时有必要考虑。
4 结束语
提出了一种依据CMOS 开关完成的单平衡混频器电路，具有成本低、易完成、高线性度等长处。本振选用方波驱动，易于和数字电路集成， 在实践运用中， 增大了接收机的动态规模，进步了超外差接收机的功用。
