專利名稱：混波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混波器(mixer)。
背景技術(shù)：
混波器被用于無線電電路中已有一段長時間，混波器可用于依照其收到的射頻(RF)信號與局部振蕩(LO)信號而產(chǎn)生一中頻(IF)信號。該中頻信號被送至一檢波器電路，該電路響應(yīng)中頻信號而產(chǎn)生一音頻(AF)信號。因此混波器與一適當?shù)臋z波器電路合作可從一無線電信號中抽出訊息。
授給Gilbert的美國第5,589,791號專利中說明一種古典式有源混波器，通常稱之為「Gilbert混波器」，Gilbert混波器有一個具有四個晶體管的混波器心，此等晶體管的基極連接至一局部振蕩端口用以接收局部振蕩信號而其集電極連接至一中頻輸出端口。該混波器并有一個具有兩個晶體管的射頻輸入段，此二晶體管的基極連接至一射頻端口用以接收射頻信號而其集電極連接至混波器心中晶體管的發(fā)射極。
該混波器的作業(yè)情形如下當射頻輸入段中兩個晶體管基極間并無任何電壓差時，此二晶體管的集電極電流實質(zhì)相等。因此加至局部振蕩端口的電壓不會造成輸出電流的改變。反之，若有射頻信號加至射頻端口但并無電壓差加至局部振蕩端口時，輸出電流仍會平衡。所以僅在有信號加至局部振蕩端口與射頻端口時始有一中頻信號出現(xiàn)在中頻端口上。該古典式有源混波器的一個已知的問題是混波器心晶體管在「打開」與「關(guān)掉」狀態(tài)間變換時所產(chǎn)生的變換噪聲。授給Gilbert的美國第5,589,791號專利中曾說明此一問題并舉出當局部振蕩信號在高與低狀態(tài)間變換的過渡時段中所造成的噪聲叢。授給Gilbert的該號專利中亦揭露一種混波器具有一射頻端口、一局部振蕩輸入端口及一連接至局部振蕩輸入端口的有源輸入驅(qū)動器。該輸入驅(qū)動器為一復合電路，包括一個用于接收單邊局部振蕩信號的輸入及不少于二十一個晶體管形成的AB類發(fā)射極隨耦器第一相關(guān)的偏壓級。該有源輸入驅(qū)動器的目的是在混波器心每個局部振蕩輸入端子上強迫供應(yīng)與取消電荷以便提供混波器心打開與關(guān)掉狀態(tài)間較快的過渡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面與以低成本提供性能改善混波器的問題有關(guān)。
此一問題由一種混波器來解決，該混波器含有第一端子與第二端子形成第一輸入端口用于接收具有第一頻率的第一信號；第二輸入端口用于接收具有第二頻率的第二信號；混波器輸出端口用于結(jié)果的信號；及第一組閥，它們的控制輸入是耦合至第一端子用于接收第一信號；第二組閥，它們的控制輸入是耦合至第二端子用于接收第一信號；及第三組兩個閥，它們的控制輸入被加以耦合而用于接收第二信號；這些閥互相合作而使得混波器在作業(yè)中響應(yīng)第一與第二信號產(chǎn)生結(jié)果信號。該混波器并含有至少一個具有一電感器的無源低通濾波器，該濾波器連接至一個閥的控制輸入。
此一濾波器有利地操作而減少控制該閥信號的上升時間。該信號較快的上升時間使得該閥從不導電至導電狀態(tài)有較快的過渡。因混波器產(chǎn)生的噪聲大部來自閥在從導電狀態(tài)過渡到不導電狀態(tài)中所產(chǎn)生的噪聲，若混波器有該種濾波器時總噪聲量可因的減少。因該濾波器僅有無源組件，混波器的可靠性被改善且噪聲最少。無源組件的另一優(yōu)點是成本低。所以該混波器用于接收機中時即會有成本低的可靠與高逼真度的無線電接收機。


為使本發(fā)明容易了解茲舉例并參照附圖加以說明圖1為一超外差接收機實例的方塊圖。
圖2為圖1所示混波器實例的電路圖。
圖3A為顯示一局部振蕩信號波幅瞬時進展的電壓時間圖。
圖3B為顯示圖3A所示局部振蕩信號正邊緣波幅瞬時進展更詳細的電壓/時間圖。
圖3C為在一閥柵極上響應(yīng)圖3B所示正邊緣信號的一信號的波幅瞬時進展電壓/時間圖。
圖4A為連接至一局部振蕩器的圖1所示混波器另一實例的電路圖。
圖4B為圖4A電路另一形式的圖。
圖5為圖1所示混波器又一實例的電路圖。
圖6為圖1所示混波器再一實例的電路圖。
圖7為圖1所示混波器實例方塊圖與電路圖的合并圖，其中的濾波器以方塊顯示之。
圖8為一具有兩個電感器與兩個電容器的濾波器實例圖。
具體實施例方式
在下面說明中不同實例內(nèi)的類似特征將以相同的參考號碼顯示之。
圖1為具有一耦合至一射頻電路30的天線20的超外差接收機10的實例方塊圖。當天線收到一信號時，射頻電路30即向混波器60的輸入40、50發(fā)出一射頻信號。
混波器60亦有輸入70、80用于接收來自局部振蕩器90的調(diào)諧振蕩信號并有輸出100、110用于輸出一中頻信號。輸出100、110被耦合至中頻放大器140的輸入120、130，該放大器含有輸出可將已放大的中頻信號輸至檢波電路150。檢波電路150響應(yīng)該中頻信號而產(chǎn)生一音頻信號，該音頻信號被輸至音頻放大器160，放大器160將音頻信號加以放大并輸至負荷170，例如一揚聲器。
圖2為圖1所示混波器60一個實例的電路圖。
圖2A中的混波器有第一晶體管Q1與第二晶體管Q2，此二晶體管的柵極分別彼耦合至輸入40與50用于接收射頻信號。晶體管Q1與Q2的源極被耦合至信號接地180，最好是透過一偏壓電流裝置190。
第一局部振蕩器輸入70透過電感器230被耦合至第一開關(guān)晶體管Q3的柵極233并透過電感器240耦合至第二開關(guān)晶體管Q4的柵極243。電容器235連接在信號接地與電感器230和晶體管Q3柵極233接點之間使得該LC電路形成第一低通濾波器F3。另一電容器245以同梯方式連接在信號接地與電感器240和晶體管Q4柵極243接點之間，如圖2A所示，如此而形成第二低通濾波器F4。電感器234與240有電感及串聯(lián)電阻。因濾波器F3與F4的電阻被減幅，因而避免電路有不需要的振蕩。
第二局部振蕩器輸入80透過電感器250被耦合至第三開關(guān)晶體管Q5的柵極253并透過電感器260耦合至第四開關(guān)晶體管Q6的柵極263。電容器255與265分別連接在晶體管Q5與Q6的柵極與信號接地之間，如圖2A所示。電感器250連同電容器255形成第三低通濾波器F5而電感器260連同電容器265形成第四低通濾波器F6。電感器250與260亦有電感與電阻因而可避免電路有不需要的振蕩。
晶體管Q3與Q4的漏極端子連接至第一中頻信號輸出100而晶體管Q5與Q6的漏極端子則連接至第二中頻信號輸出110。
圖3A為局部振蕩信號(亦即圖1中局部振蕩器90提供的信號)波幅瞬時進展的電壓/時間圖。一個信號正邊緣的上升時間Tr通常為該信號波幅從最高值的20％進展至最高值80％的時間(見圖3A)。
圖3B為圖3A所示局部振蕩信號正邊緣波幅瞬時進展更詳細的電壓/時間圖。
圖3C為在柵極233(見圖2)上的信號響應(yīng)圖3B所示信號正邊緣波幅瞬時進展的電壓/時間圖。參看圖2，當在柵極上的波幅低于圖3B與3C所示的電壓v1時，晶體管Q3即被關(guān)掉。當柵極上的波幅超過圖3B/3C所示電壓v2時，晶體管Q3即導電且在其輸出上并無電壓擺動，亦即晶體管為飽和。
比較圖3B與3C中所示信號部分可清晰看出圖3C中的時段t4-t3較圖3B中所示時段t2-t1為短。事實上局部振蕩信號的上升時間在其通過濾波器F3波(圖2)即較短。
比較圖3B與3C可看出當有一些斜度的局部振蕩信號正邊緣被輸至端子70時，在柵極端子233上的波幅(圖2)初時并未受到影響。但在此一階段濾波器F3被加上無功能量，因此開始時會造成延遲，隨后該濾波器會使在柵極端子233上的信號電壓較的在端子70上有較陡的斜度。較快的信號上升時間使得晶體管Q3從不導電狀態(tài)至導電狀態(tài)的過渡較快。因晶體管的噪聲主要是產(chǎn)生在其導電狀態(tài)與不導電狀態(tài)間的過渡期間，當晶體管有了濾波器F3、F4、F5與F6時其噪聲量即大為減低。
按照較佳實例，濾波器F3、F4、F5與F6僅為無源組件，因而提供高可靠性且噪聲極少。無源組件的另一優(yōu)點是成本低廉。所以混波器60用在接收機中時即可有低成本而可靠與高逼真無線電信號的接收機。
按照一個實例，濾波器F3中電感器230的電感與電容器235的電容是選在使得濾波器F3的時間常數(shù)值與局部振蕩信號的上升時間相類似。在這一方面，上升時間的定義如圖3A中所述。按照本發(fā)明的實例，濾波器F3的時間常數(shù)值在局部振蕩信號上升時間的0.2至10倍范圍內(nèi)。按照本發(fā)明的某些實例，濾波器F3的時間常數(shù)值為局部振蕩信號上升時間的0.5至2倍。按照一個較佳實例，該濾波器的時間常數(shù)是選在局部振蕩信號上升時間的90％至110％范圍內(nèi)。
因通常局部振蕩信號的降落時間與其上升時間大致相同，降落時間與濾波器時間常數(shù)間的關(guān)系通常相同。但若局部振蕩信號的上升與降落時間有明顯差異時，上述的關(guān)系應(yīng)為濾波器時間常數(shù)與局部振蕩信號上升與降落時間平均值的比較。
按照本發(fā)明的一個實例，對其中局部振蕩信號上升時間為20微微秒的電路而言各濾波器的時間常數(shù)是選為20微微秒。該局部振蕩信號的時段例如為120微微秒。
具有圖2所示電路的混波器范例含有下述的組件值每個電感器230、240、250、260的電感均為1nH而其串聯(lián)電阻為50Ohm。每個電容器235、245、255、265的電容均為0.03pF。濾波器的時間常數(shù)為34微微秒，這是以2*π*Sqrt(LC)(2*Pi*.sqrt(LC))而得。
局部振蕩信號的輸入時段為120微微秒，上升時間為20微微秒，下降時間為20微微秒。在本例中局部振蕩信號的脈沖寬度為40微微秒。
前述的濾波器時間常數(shù)與局部振蕩信號間的關(guān)系不但適用于圖2的實例亦適用于本文中所述的其它實例。
圖4A包括圖1所示混波器60另一實例的電路圖并且顯示局部振蕩器90的方塊圖，其中有直流偏壓源270與交流信號源275、280。信號源280與信號源275有180度的相位移，在圖4A中以極性符號+及-表示。按照圖4A實例，濾波器F連接至端子70、80。濾波器F包括第一電感器300耦合在輸入端子70與晶體管Q3與Q4柵極之間。第二電感器310耦合在輸入端子80與晶體管Q5與Q6柵極之間，電容器320耦合在晶體管Q3/Q4與Q5/Q6柵極之間，如圖4所示。電感器300、310因與上述電感器230同樣的理由而屬于電感性與電阻性。
圖4B與圖4A的不同處在以兩個電容器321取代單一電容器320。每個電容器321均有電容器320兩倍的電容值，兩個電容器間的端子連接至地322。以此種方式兩個電容器321合作提供與電容器320同值的電容，但其附帶優(yōu)點是因其接地而有界定的直流電壓。
圖5為圖1所示混波器60另一實例的電路圖。按照圖5的實例，第一電感器300耦合在輸入端子70與晶體管Q3與Q4柵極之間而電容器330則耦合在晶體管Q3/Q4的柵極與地之間，如圖5A所示第二電感器310耦合在輸入端子80與晶體管Q5與Q6的柵極之間，電容器340耦合在晶體管Q3/Q4的柵極與地之間。
圖6為圖1所示混波器60又一實例的電路圖。圖6的實例相當于圖2的實例，但圖2中的電容器235、245、255、265均連接至地而圖6實例中的對應(yīng)電容器435、445、455、465則連接至各晶體管的漏極端子。
圖7為圖1所示混波器60實例方塊圖與電路圖的合并圖，其中的濾波器均以方塊顯示之。濾波器F3、F4、F5與F6可為圖2中所示具有單一電感器與單一電容器的簡單無源濾波器級。在另一實例中每個濾波器均有多個LC對。圖8所示為具有兩個電感器與兩個電容器的濾波器F3實例。當濾波器如圖8所示有多個LC對時，前述濾波器時間常數(shù)與局部振蕩信號上升時間的關(guān)系仍適用。
權(quán)利要求
1.一種混波器，包含第一端子(70)與第二端子(80)形成第一輸入端口用于接收具有第一頻率(fLO)的第一信號；第二輸入端口(40、50)用于接收具有第二頻率(fRF)的第二信號；混波器輸入端口(100、110)用于結(jié)果的信號；及第一組閥(Q3、Q4)，它們的控制輸入(233、243)被耦合至第一端子用于接收第一信號；第二組閥(Q5、Q6)，它們的控制輸入(253、263)被耦合至第二端子用于接收第一信號；及第三組兩個閥(Q1，Q2)，它們的控制輸入被加以耦合而接收第二信號；這些閥(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)相互合作而使混波器在作業(yè)中響應(yīng)第一與第二信號產(chǎn)生結(jié)果信號；其特征為該混波器含有至少一個具有一電感器的無源低通濾波器；該至少一個低通濾波器連接至閥(Q5、Q3、Q6、Q4)的控制輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混波器，其中的電感器為具有電阻與電感的無源組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混波器，其中的至少一個電感器是連接在第一端子與第一組閥(Q3、Q4)控制輸入(233、243)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混波器，其中的至少一個電感器是連接在第二端子與第二組閥(Q5，Q6)控制輸入(253、263)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4其中之一所述的混波器，其中有一電容器(320)連接在第一組閥(Q3、Q4)控制輸入(233、243)與第二組閥(Q5、Q6)控制輸入(253、263)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4其中之一所述的混波器，其中第一與第二組閥(Q3、Q4、Q5、Q6)中的每個閥均將其控制輸入(233、243、253、263)透過一電感器(230、240、250、260)連接至第二端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混波器，其中閥控制輸入(233、243、253、263)與電感器(230、240、250、260)的接點被連接至電容器(235、245、255、265)的一個端子。
8.一種電子電路，包含根據(jù)權(quán)利要求1至7其中之一所述的混波器；及具有第一輸出端子與第二輸出端子的振蕩器(90)，形成一振蕩器輸出端口在電路作業(yè)中即發(fā)出具有某一上升時間的振蕩信號；其中的振蕩器輸出端口連接至混波器的第一輸入端口；及低通濾波器的時間常數(shù)值在該某一上升時間的0.2至10倍的范圍內(nèi)。
9.一種接收機，包含一混波器，該混波器包括根據(jù)權(quán)利要求1至7其中之一所述的混波器。
全文摘要
一種混波器，包括第一端子(70)與第二端子(80)形成一第一輸入端口用于接收具有第一頻率(f
文檔編號H03D7/14GK1449599SQ0181467
公開日2003年10月15日 申請日期2001年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月25日
發(fā)明者T·安柏格, C·尼斯特姆 申請人:Lm艾瑞克生電話公司