CN1379544A - 频率变换电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够减少电流消耗而不损害射频特性的频率变换电路。本地振荡放大器由第一场效应晶体管构成。其源极在高频时由第一电容器接地,其栅极与第一、第二电阻的每个的一端相连。第一电阻的另一端接地,第二电阻的另一端和电源端子相连。中频放大器由第二场效应晶体管构成。其源极通过相互并联的第三电阻和第二电容器接地。其漏极通过第三电容器和中频输出匹配电路与中频信号输出端相连。第一场效应晶体管的源极和第二场效应晶体管的漏极通过交流阻断电路相连。

Description

频率变换电路

发明的背景

技术领域

本发明涉及一种用于移动无线远程通信设备的、尤其是蜂窝电话或卫星电话的接收部分中的频率变换电路。

现有技术

在移动无线远程通信领域中，对于改善高频单元的功能/性能的迫切要求逐年增长。在高频单元的接收部分的频率变换电路中，特别使已对减少消耗电流提出强烈要求，以便延长设备的待用时间。

下面参照一附图说明常规的频率变换电路。

图3表示在日本公开待审专利申请No.Hei-6-204751中披露的一种常规的频率变换电路。在所述专利公开中的频率变换电路的特征在于，其具有极好的互调失真特性和变换增益特性，这是在频率变换电路中重要的高频特性。

图3所示的频率变换电路包括：本地振荡放大器51，用于放大本地振荡信号，混频器52，用于进行从射频信号到中频信号的频率变换，以及中频放大器53，用于放大经过频率变换的中频信号。

本地振荡放大器51由场效应晶体管54构成。混频器52由场效应晶体管55构成。中频放大器53由场效应晶体管56构成。场效应晶体管54，55和56的源极都接地。

场效应晶体管54的栅极通过电阻57和电阻58接地，并通过本地振荡输入匹配电路59和本地振荡信号输入端60相连。本地振荡信号被输入到本地振荡信号输入端60。场效应晶体管54的漏极通过负载电感器61和电源端62相连，并通过电容器63和场效应晶体管55的栅极相连。

场效应晶体管55的漏极通过射频输入匹配电路64和射频信号输入端64相连，并通过滤波器66和场效应晶体管56的栅极相连。

场效应晶体管56的漏极通过中频输出匹配电路和中频信号输出端68以及电源端69相连。

二极管70的阴极和场效应晶体管55的栅极相连，二极管70的阳极被连接在电阻57和58之间的连接点上。

本地振荡输入匹配电路59、射频输入匹配电路64和中频输出匹配电路67被设计使得和每个电路使用的频率的特征阻抗相匹配。所述特征阻抗一般是50欧姆。

下面将说明常规的频率变换电路的操作。作为一个例子，要被使用的频率被设置如下。射频信号为2100MHz，本地振荡信号是2300MHz，中频信号是200MHz。电源电压在3V的状态下。

为了操作所述频率变换电路，首先需要对电源端子62和69加上3V的电压。已由本地振荡信号输入端60输入的一个本地振荡信号被本地振荡放大器51的场效应晶体管54放大，然后，通过电容器63输入到混频器52的场效应晶体管55的栅级。在另一方面，已从射频信号输入端65输入的射频信号被输入到场效应晶体管55的漏极。

此时，场效应晶体管55的栅极电压借助于输入的本地振荡信号被极大地振荡，结果，场效应晶体管55的隧道电阻随时间非线性地减弱。利用这种非线性元件，射频信号被进行频率变换而成为中频信号。变换的中频信号被中频放大器53的场效应晶体管56放大，然后从中频信号输出端68输出。因为不需要中频信号之外的频率分量，它们被滤波器66除去。

在这种情况下，这种频率变换电路需要把由本地振荡放大器51和中频放大器53消耗的每个电流设置为5mA，以便满足高频特性。因此，整个频率变换电路消耗10mA的电流。

然而，本地振荡放大器51的电流值和中频放大器53的电流值都需要被设置在可以实现高频特性的最小值。因此，常规的频率变换电路的结构不降低高频特性就不能较大地减少电流。

发明概述

因此，本发明的目的在于提供一种频率变换电路，其能够减少电流消耗，而不使高频特性例如互调失真特性和变换增益特性变劣。

本发明的频率变换电路包括由第一场效应晶体管构成的第一放大器，用于放大被输入到栅极并从漏极输出的本地振荡信号；混频器，用于根据从该第一放大器输出的本地振荡信号把射频信号变换为中频信号；以及由第二场效应晶体管构成的第二放大器，用于放大从混频器输出的并被输入到栅极然后从漏极输出的中频信号。

第一电阻的一端接地，第一电阻的另一端和第一场效应晶体管的栅极相连。第二电阻被连接在外部电源和第一场效应晶体管之间。第一电容器的一端接地，第一电容器的另一端和第一场效应晶体管的源极相连。

第三电阻的一端接地，第三电阻的另一端和第二场效应晶体管的栅极相连。第二电容器和第四电阻相互并联，第二电容器和第四电阻的每个的一端接地，第二电容器和第四电阻的每个的另一端和第二场效应晶体管的源极相连。

用于导通直流而阻断交流的交流阻断电路被连接在第一场效应晶体管的源极和第二场效应晶体管的漏极之间。

按照本发明的结构，第一放大器的电流和第二放大器的电流由它们互相共用，因此，所述电流可以被减少到在常规情况下的一半，而不使高频特性变劣。不过，要做到这一点，最好提供一个偏置，使得每个放大器的场效应晶体管的漏极和源极之间的漏-源电压大约可以达到电源电压的一半。

此外，因为交流阻断电路使本地振荡信号和中频信号相互分离，不会由于相互干扰而使高频特性变劣。

在本发明的频率变换电路中，例如，混频器的结构如下。详细地说，这种混频器由源极接地的第三场效应晶体管构成。本地振荡信号被输入到第三场效应晶体管的栅极，然后，射频信号被输入到第三场效应晶体管的漏极，并且从第三场效应晶体管的漏极输出中频信号。

按照这种结构，可以实现和上述的本发明的有利效果相同的效果，此外，频率变换电路可以大大减少电流消耗，因为混频器永不消耗电流。

在本发明的频率变换电路中，例如，交流阻断电路由电感器构成。所述电感器被设置在这样一个值，按照这个值，其可以被用作相对于本地振荡频率的相当高的阻抗，并且其可被用作相对于中频的输出匹配电路。

电感器的电感值应当大，以便使得所述电感器能够用作交流阻断电路。不过，在另一方面，必须选择最佳值，以便使中频放大器的增益最大，因为电感器是一个强加于中频放大器上的负载。

此外，中频一般是100到300MHz，其比本地振荡频率大约小一位数，因此，如果电感器的电感值例如被设置在100nH和400nH之间，便可以使其作为强加于中频放大器上的负载，同时维持本地振荡信号和中频信号的分离。因此，按照这种结构，可以实现和上述的本发明的有利效果相同的效果，此外，如果选择最佳的电感值，则可以用一个简单电路同时实现本地振荡信号和中频信号的分离以及使中频放大器的增益最大。

如上所述，本发明的频率变换电路的第一放大器和第二放大器的电流共用，因此可以使电流减少到常规情况下的一半而不使高频特性变劣。

在这个例子中，中频被设置为比射频和本地振荡频率大约少一位数字，因此，中频信号和本地振荡信号可以在交流阻断电路中相当容易地被分开。因此，不会由于干扰而损害高频特性。

附图说明

图1是表示按照本发明的一个实施例的频率变换电路的结构的电路图；

图2是表示按照本发明的实施例的频率变换电路的详细结构的电路图；

图3是表示常规的频率变换电路的结构的电路图。

优选实施例的详细说明

下面参照图1和图2详细说明本发明的实施例。

图1是按照本发明的一个实施例的频率变换电路的电路图。

图1所示的频率变换电路包括本地振荡放大器1，用于放大本地振荡信号；混频器2，用于从射频信号向中频信号进行频率变换；以及中频放大器3，用于完成放大已经过频率变换的中频信号。本地振荡放大器是一个第一放大器，中频放大器是一个第二放大器。本地振荡放大器1由第一场效应晶体管4构成。场效应晶体管4的源极在高频下由电容器20接地。场效应晶体管4的栅极通过本地振荡输入匹配电路9与本地振荡信号输入端10相连。此外，电阻7的一端接地，电阻8的一端和电源端子19相连，场效应晶体管4的栅极与电阻7和8的另一端相连。

场效应晶体管4的漏极通过负载电感器11和电源端子12相连，并通过电容器13和混频器2相连。

频率变换电路2通过射频输入匹配电路14与射频信号输入端15相连，并和滤波器16的一端相连。滤波器16的另一端通过中频输入匹配电路21和电容器22与构成中频放大器3的场效应晶体管6的栅极相连。

场效应晶体管6的栅极通过电阻23接地，场效应晶体管6的源极通过相互并联的电阻24和电容25接地。场效应晶体管6的漏极通过阻断直流的电容26以及中频输出匹配电路17与中频信号输出端18相连。此外，场效应晶体管6的漏极通过交流阻断电路27和场效应晶体管4的源极相连。交流阻断电路27用于导通直流，阻断交流电流。

本地振荡输入匹配电路9，射频输入匹配电路14，以及中频输出匹配电路17被设计用于在每个电路使用的频率下匹配特性阻抗。所述特性阻抗一般是50欧姆。

下面说明在本实施例中的频率变换电路的操作。

本发明的实施例的频率变换电路对电源端子12和19提供3V的电压。高频信号的流动如下。从本地振荡信号输入端10输入的本地振荡信号被本地振荡放大器1的场效应晶体管4放大，然后通过电容器13被输入到混频器2。从射频信号输入端15输入的射频信号在混频器2中借助于本地振荡信号进行频率变换，从而被变换为中频信号。变换的中频信号被中频放大器3的场效应晶体管6放大，然后从中频信号输出端18输出。因为不需要中频信号之外的频率分量，故由滤波器16将其滤除。

使用本地振荡放大器1放大本地振荡信号。如果增益小，则本地振荡放大器1不能驱动混频器2，因而影响高频特性。为了避免这样，需要使场效应晶体管4的漏极和源极之间的电压至少为拐点电压Vk或更高。拐点电压Vk是一个常数，其和所用的场效应晶体管的栅极的宽度和栅极的长度有关，或者和制造场效应晶体管的工艺有关。所述电压大约是0.7V。

在本实施例的频率变换电路中，为了提高场效应晶体管4的漏极和源极之间的电压，使其大于拐点电压Vk，需要设置场效应晶体管4的栅极电压为一个高的值。为此，在电阻7和8中的分压比需要适当地选择。这个分压比按照所用的场效应晶体管的栅极宽度和栅极长度而改变，或者按照制造场效应晶体管的工艺而改变。一般地说，场效应晶体管4的漏极和源极之间的电压被设置为大约电源电压的一半。在本实施例中大约为1.5V。

此外，在中频放大器3中，大约为电源电压的一半的电压在此时被施加于场效应晶体管6的漏极和源极之间，因此，不发生特性变劣。此外，交流阻断电路27维持本地振荡放大器1和中频放大器3的高频分离。

按照本发明的实施例的频率变换电路的电流由施加于场效应晶体管4的栅极和电阻24上的电压确定。如上所述，施加于场效应晶体管4的栅极上的电压由电阻7和8确定。

为了比较，如果上述条件被这样建立，使得由本地振荡放大器1和中频放大器3消耗的电流为5mA，其等于常规的频率变换电路消耗的电流，则由每个放大器消耗的电流不变，因而获得相同的高频特性。

在另一方面，电流由电源12向负载电感器11，场效应晶体管4，交流阻断电路27，场效应晶体管6，和电阻24依次流动。结果，本地振荡放大器1的消耗电流和中频放大器3的消耗电流相等，因而消耗电流可以减少到常规的频率变换电路消耗电流的一半。

图2表示在图1所示的频率变换电路中的混频器2、本地振荡输入匹配电路9、射频输入匹配电路14、滤波器16、中频输入匹配电路21、以及中频输出匹配电路17的细节。

在图2中，混频器2包括场效应晶体管5，其源极接地，以及电阻28，其一端和场效应晶体管5的栅极相连，另一端接地。场效应晶体管5的栅极和电容器13相连，其漏极和射频输入匹配电路14以及滤波器16相连。

射频输入匹配电路14由电容器29构成，并被连接在射频信号输入端15和场效应晶体管5的漏极之间。本地振荡输入匹配电路9由电感器30和串联连接的电容器31构成，并被连接在本地振荡信号输入端10和场效应晶体管4的栅极之间。滤波器16由相互并联连接的电感器32和电容器33构成，并被连接在场效应晶体管5的漏极和中频输入匹配电路21之间。中频输入匹配电路21由电感器34构成，并被连接在滤波器16和电容器22之间。中频输入匹配电路17由电容器26和一端接地的电容器35构成。电容器26被连接在场效应晶体管6的漏极和中频信号输出端18之间。

构成滤波器16的电感器32的电感值和电容器33的电容值被这样确定，使得其通过中频并阻断其它频率。如果要使用的射频信号是2100MHz，本地振荡信号是2300MHz，中频信号是200MHz，则电感器32的电感值应当是3.9nH，电容器33的电容值应当是1pF。

中频输出匹配借助于构成交流阻断电路27的电感器36和构成中频输出匹配电路17的电容器26实现。例如，通过设置电感器36的电感值为100nH，电容器26的电容值为6pF，电容器35的电容值为5pF，来实现匹配。虽然电感器36必须同时阻断本地振荡信号，100nH的电感值足以阻断频率为2300MHz的信号。因此，仍然保持本地振荡放大器1和中频放大器3的隔离。

在这个实施例中，给出了一个例子，其中本地振荡放大器1和中频放大器3的场效应晶体管4和6分别具有单栅极结构。不过，即使场效应晶体管4和6中的一个或两个具有双栅极结构，也可以实现同样的效果。

Claims (3)

1.一种频率变换电路，包括：

一个由第一场效应晶体管构成的第一放大器，用于放大被输入到栅极并从漏极输出的本地振荡信号；

混频器，用于根据从第一放大器输出的本地振荡信号把射频信号变换为中频信号；

一个由第二场效应晶体管构成的第二放大器，用于放大从混频器输出的并被输入到栅极然后从漏极输出的中频信号；

第一电阻，其一端接地，另一端和第一场效应晶体管的栅极相连；

第二电阻，其被连接在外部电源和第一场效应晶体管的栅极之间；

第一电容器，其一端接地，另一端和第一场效应晶体管的源极相连；

第三电阻，其一端接地，另一端和第二场效应晶体管的栅极相连；

相互并联的第二电容器和第四电阻，它们的每个的一端接地，每个的另一端和第二场效应晶体管的源极相连；以及

导通直流而阻断交流的交流阻断电路，其被连接在第一场效应晶体管的源极和第二场效应晶体管的漏极之间。

2.如权利要求1所述的频率变换电路，其中混频器由源极接地的第三场效应晶体管构成，本地振荡信号被输入到第三场效应晶体管的栅极，射频信号被输入到第三场效应晶体管的漏极，并且从第三场效应晶体管的漏极输出中频信号。

3.如权利要求1所述的频率变换电路，其中交流阻断电路由电感器构成，所述电感器相对于本地振荡频率具有足够高的阻抗，并且被设置为相对于中频具有可用于输出匹配的值。

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