一种应用于GPS射频前端的低噪声混频器

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1、第39卷第2期微电子学Vo1．39，No．22009年4月^crDP跆cf，DicApr．2009一种应用于GPS射频前端的低噪声混频器庄海孝，马成炎，叶甜春，孟新(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310053)摘要：为了克服混频器噪声对GPS接收机灵敏度造成的影响，设计了一种应用于GPS射频前端的低噪声混频器电路。采用自偏置缓冲级放大本振信号，有效地提高了电路性能。该混频器的转换增益为23dB，噪声系数为4．55dB，3阶交调点为一9．36dBm，在1．57GHz到1．6GH

2、z频段上，反射系数SJ、于一15dB，电路采用1．8V电压供电；混频器核心电路静态工作电流1．2mA，采用CMOS0．18fm工艺实现，芯片版图面积为160fm×360fm。关键词：GPS接收机；射频前端；低噪声混频器中图分类号：TN773文献标识码：A文章编号：10043365(2009)O2一OJ46一O4ALOW—NoiseMixerforGPSReceiverZHUANGHaixiao，MAChengyan，YETianchun，MENGXin(1．Inst．ofA4icroelec．，The(3~ineseAca

3、d．of＆．，Beijing100029，PRC；2．HangzkouZhongkeMicroelec．Ltd．，Hangzlwu310053，PRC)Abstract：AlownoisemixercircuitwasdesignedforGPSRFfront—endtoimproveitssensitivity．Inthemixer，self-biasingbufferstagewasusedtoamplifyLOsignals，effectivelyimprovingcircuitperformance．Results

4、fromsimulationshowedthatthecircuithadaconversiongainof23dB，anoisefigureof4．55dB，anICPof一9．36dBm，andreflectioncoefficientS1llessthan一15dBatfrequenciesrangingfrom1．57G}。tzto1．6GHz．Thecircuitconsumes5mAofpowerfrom1．8Vsupply，anditoccupiesachipareaof160fmX360“min0．18fm

5、CMOSprocess．Keywords：GPSreceiver；RFfront—end；Low-noisemixerEEACC：l250自压控振荡器的本振(IO)信号，其电路完全工作在1引言射频段。因此，混频器的设计通常需要考虑转换增益、线性度、噪声系数、端口之间的隔离度，以及功耗GPS接收机射频前端主要完成频率变换的功等指标。本文重点研究混频器的转换增益和噪声，能。接收机射频前端将接收到的射频信号转换成中设计出一款高增益低噪声混频器，噪声系数NF为频信号，频率变换功能就是由混频器完成的。在降4．55dB。该电路可直接接

6、有源天线，省去一级低射频产品成本的驱动下，如何采用成本低廉、集成LA，降低了成本；电路的高增益弥补了中频滤波度高的CMOS工艺实现高性能的射频集成电路，已器的损耗，降低了混频器后级电路噪声对系统噪声成为集成电路设计的焦点。人们不断提出基于的影响。为了提高镜像信号抑制能力，需要进行复CMOs工艺的射频集成电路结构及设计技术，逐渐数信号处理，该混频器采用正交混频结构，以便输出推出成熟的CMOS射频产品，取得了巨大的成绩。一对正交信号进入后一级的复数滤波处理uF]。混频器作为接收机的关键模块，其CMOS设计技术的研究也是非常关键

7、的课题之一。混频器位于低噪2电路结构及其实现声放大器(LNA)之后，直接处理INA放大后的射频信号。为了实现混频功能，混频器还需要接收来传统的正交混频器如图1所示，它由一对有源收稿日期：2008—07—01：定稿日期：2008—09—24基金项目：国家高技术研究发展(863)计划基金资助项目(2007AA12Z344)第2期庄海孝等：一种应用于GPS射频前端的低噪声混频器147双平衡混频器组成，本振信号为一对正交差分信号。2．1低噪声正交混频器结构及分析两个单平衡电路组合在一起，构成双平衡混频器。本文设计的低噪声混频器电路

8、如图2所示，电路左半部分为本振信号缓冲电路，其作用是放大由压控振荡器(VCO)及分频器产生的本振信号，并将该信号整形成接近方波的信号，以提高混频器开关级的开关速度，并减小开关管产生的噪声。缓冲电路的第一级是一个简单的差分放大电路，第二级是一个自偏置反相器，自偏置反相器的输出级可以保持稳定的静态电压，为混