Una disposición (1) de mezclador de combinación que comprende puertos de entrada primero (LO) y segundo (RF) para recibir señales de entrada y un puerto de salida (IF) para proporcionar señales de salida,

un primer mezclador (M1) y un segundo mezclador (M2) acoplados en paralelo entre los citados puertos de salida (LO; RF; IF); y en el que el citado mezclador primero (M1) y segundo (M2) están dispuestos para ser accionados simultáneamente por una señal de entrada proporcionada en el citado segundo puerto de entrada (RF); caracterizado porque: los citados mezcladores primero y segundo (M1 y M2) están acoplados en dc, de manera que una tensión de polarización (Vbias) aplicada en el citado primer puerto (LO) proporciona polarización de dc simultáneamente tanto a M1 como a M2 para permitir un aumento de la ganancia del primer mezclador (M1) responsable de un aumento en la citada señal de entrada y por ello una mayor linealidad para la disposición del mezclador de combinación, y en el que el citado primer (M1) mezclador es un mezclador de trans-conductancia simplemente equilibrado (M1) que comprende un primer transistor (Q1) acoplado a un primer terminal del citado puerto de salida (IF), y a un primer transistor del citado primer puerto de entrada (LO), y que comprende también un segundo transistor (Q2) acoplado a un segundo terminal del citado puerto de salida (IF), y a un segundo transistor del citado primer puerto de entrada (LO), en el que los citados transistores primero y segundo (Q1, Q2) están acoplados entre sí y a un nodo (N) conectado al citado segundo puerto de entrada (RF), y que comprende también una fuente de intensidad (Ie) conectada entre el citado nodo (N) y una tierra eléctrica, y en el que el citado segundo (M2) mezclador es un mezclador de Gilbert (M2) simplemente equilibrado que comprende un tercer transistor (Q3) acoplado al citado primer terminal del citado puerto de salida (IF), y al citado segundo terminal del citado primer puerto de entrada (LO), y a un cuarto transistor (Q4) acoplado al citado segundo terminal del citado puerto de salida (IF), y al citado primer terminal del citado primer puerto de entrada (LO), y en el que los citados transistores tercero y cuarto (Q3, Q4) están acoplados entre sí y a un quinto transistor (Q5), y el citado quinto transistor (Q5) está acoplado al citado segundo puerto de entrada (RF) por medio del citado nodo (N), y a la citada tierra

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a circuitos mezcladores en general, específicamente a circuitos mezcladores altamente lineales.

ANTECEDENTES 5

Los mezcladores realizan una función indispensable en sistemas de comunicación como dispositivos de traslación de frecuencia tanto para conversión hacia abajo como hacia arriba. A frecuencias de microondas, los mezcladores integrados monolíticamente que utilizan un único o múltiples transistores existen en varias tecnologías de semiconductores tales como Si bipolar, CMOS, SiGe HBT, GaAs 10 FET, GaAs p-HEMT. Varias topologías de circuito son también evidentes, lo que genera tanto mezcladores de tipo pasivo como activo.

Además, para moderar relativamente la demanda de ganancia de conversión, cifras de alta linealidad y bajo ruido se requieren a menudo para estos mezcladores. No obstante, un problema común con las topologías de mezclador existentes es la 15 dificultad para ofrecer una combinación de alta linealidad y bajo ruido aun proporcionando una ganancia de conversión positiva.

Consecuentemente, existe la necesidad de topologías de mezclador que permitan simultáneamente alta linealidad, bajo ruido y ganancia positiva.

El documento US 6.393.260 describe una mezcla equilibrada en un receptor de 20 radio estableciendo tensiones de polarización de nivel variable y/o corrientes para transistores en una combinación de circuito mezclador. El documento US2004/043742 describe un circuito para establecer una corriente de polarización utilizando un bucle de retorno. El documento US 5.886.547 describe un circuito y un método de controlar la linealidad del mezclador en una ruta de señal de recepción. El documento 5.826.182 25 describe un circuito mezclador de frecuencia de radio que incluye un núcleo mezclador doblemente equilibrado, una sección de entrada de RF al núcleo mezclador y un circuito de polarización acoplado a la sección de entrada de RF.

RESUMEN 30

Un objeto de la presente invención es proporcionar un nuevo circuito mezclador.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un circuito mezclador altamente lineal.

Otro objeto más de la invención es proporcionar un mezclador altamente lineal con bajo ruido.

Incluso otro objeto más es proporcionar un mezclador altamente lineal, de bajo ruido con ganancia de conversión positiva.

Estos y otros objetos se logran de acuerdo con el conjunto de reivindicaciones. 5

De acuerdo con un aspecto básico, una realización de un mezclador 1 de la presente invención describe un mezclador 1 de combinación que comprende dos mezcladores M1, M2 acoplados en paralelo entre puertos de entrada primeros y segundos IN1, IN2 y un puerto de salida OUT. Los mezcladores M1, M2 están acoplados en dc y dispuestos para ser accionados simultáneamente mediante una 10 señal de entrada en el segundo puerto de entrada IN2. Además, una tensión de polarización Vbias es proporcionada en el primer puerto de entrada IN1, permitiendo así un aumento de la ganancia del primer mezclador M1 en respuesta a un aumento en la señal de entrada. Consecuentemente, la disposición de mezcladores combinados es capaz de ofrecer una mayor linealidad. 15

Las ventajas de la presente invención incluyen:

Un mezclador mejorado para conversión hacia arriba y hacia abajo

Un mezclador con una mayor linealidad

Un mezclador con menor ruido y ganancia positiva 20

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención, junto con otros objetos y ventajas de la misma, puede comprenderse mejor en referencia a la siguiente descripción tomada junto con los dibujos que se acompañan, en los cuales: 25

las Figs. 1a-1c ilustran varias topologías de mezcladores de transconductancia;

la Fig. 2 ilustra una topología de mezclador de conmutación conocida;

la Fig. 3 ilustra una topología de mezclador con pre-distorsión conocida (es decir, linealizador); 30

la Fig. 4 ilustra otra topología de mezclador conocida (es decir, el llamado micromezclador);

la Fig. 5 ilustra una realización de la presente invención;

la Fig. 6 ilustra otra realización de la presente invención;

la Fig. 7 ilustra otra realización más de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente invención se describirá ahora con referencia a una topología de mezclador, que es implementada como completamente integrada en un 5 microprocesador semiconductor, por ejemplo, en tecnología de Si o de GaAs. No obstante, es evidente que utilizar componentes discretos o un híbrido de integrated circuits IC – circuitos Integrados) y componentes discretos puede utilizarse para implementar la topología. Además, aunque la descripción se refiere principalmente a la conversión hacia abajo la misma topología puede ser también igualmente utilizada 10 para la conversión hacia arriba.

Para proporcionar una comprensión con más profundidad de las dificultades con topologías de mezclador conocidas, se describirán y explicarán a continuación una selección de topologías de mezclador.

Una topología conocida es el llamado mezclador de trans-conductancia, como 15 se muestra en la Fig. 1, en el cual se realiza un desplazamiento de frecuencia utilizando la característica de no linealidad entre la corriente del colector y la tensión de base-emisor. Como se muestra en la Fig. 1(a), tanto las señales de radio frequency (RF – Frecuencia de Radio) como el local oscillator (LO – Oscilador Local) pueden ser aplicadas a la base del transistor Q1 por medio de un combinador de potencia que a 20 menudo consume una gran área de microprocesador. Alternativamente las señales de RF y de LO pueden ser aplicadas al emisor y a la base, respectivamente, como se muestra en la Fig. 1(b), donde Le proporciona un punto de conexión de AC. Una versión simplemente equilibrada del mezclador de transconductancia se muestra en la Fig. 1(c). 25

Otra topología ampliamente desplegada de mezcladores activos es el llamado mezclador de tipo de conmutador [1]. Un ejemplo se muestra en la Fig. 2(a), donde el transistor Q1 transfiere la señal de tensión de RF aplicada en el terminal de entrada de RF en una señal de corriente que es activada o desactivada por el transistor Q2 a la frecuencia de LO. Cuando se usa un LO diferencial para conmutar un par de emisor 30 acoplado, como se muestra en la Fig. 2(b), se obtiene el llamado mezclador de Gilbert simplemente equilibrado.

El comportamiento de linealidad de las topologías de mezclador activo existentes mencionadas anteriormente varía y a menudo sufre de inadecuaciones de una manera o de otra. En general, hay una fuerte demanda para mejorar la linealidad del mezclador de manera que no resulte un cuello de botella en el diseño de la cadena de transmisor y receptor en términos de linealidad.

Un planteamiento conocido para mejorar la linealidad de los circuitos mezcladores es utilizar una corriente DC grande en el mezclador de Gilbert descrito 5 previamente, que desafortunadamente añade ruido y consume una gran potencia dc. Otro planteamiento es utilizar una pre-distorsión (llamada linealizador), que se describe mejor como un circuito no lineal con aumento de ganancia para compensar la disminución de ganancia del mezclador, como se muestra en la Fig. 3 [2]. No obstante, la linealidad introduce pérdida de inserción y ruido extra. 10

Un tercer planteamiento conocido es aplicar una topología llamada de micromezclador, como se muestra en la Fig. 4 [3], [4]. Los transistores Q1, Q2 y Q3 forman una etapa de transconductancia y convierten una señal de tensión de RF de un solo extremo en las corrientes de colector diferenciales de Q3 y Q2. El transistor Q3, configurado en base común, y el transistor Q2, configurado en emisor común, son dos 15 componentes inevitables en esta topología. Tal etapa de transconductancia tiene mejor linealidad que el par de emisor acoplado, que se utiliza en un mezclador de Gilbert doblemente equilibrado. No obstante, el micromezclador tiene el inconveniente de una elevada cifra de ruido y una baja ganancia de conversión.

Un objeto de la presente invención es por lo tanto...

1. Una disposición (1) de mezclador de combinación que comprende puertos de entrada primero (LO) y segundo (RF) para recibir señales de entrada y un puerto de salida (IF) para proporcionar señales de salida, 5

un primer mezclador (M1) y un segundo mezclador (M2) acoplados en paralelo entre los citados puertos de salida (LO; RF; IF); y

en el que el citado mezclador primero (M1) y segundo (M2) están dispuestos para ser accionados simultáneamente por una señal de entrada proporcionada en el citado segundo puerto de entrada (RF); caracterizado porque: 10

los citados mezcladores primero y segundo (M1 y M2) están acoplados en dc, de manera que una tensión de polarización (Vbias) aplicada en el citado primer puerto (LO) proporciona polarización de dc simultáneamente tanto a M1 como a M2 para permitir un aumento de la ganancia del primer 15 mezclador (M1) responsable de un aumento en la citada señal de entrada y por ello una mayor linealidad para la disposición del mezclador de combinación, y

en el que el citado primer (M1) mezclador es un mezclador de trans-conductancia 20 simplemente equilibrado (M1) que comprende un primer transistor (Q1) acoplado a un primer terminal del citado puerto de salida (IF), y a un primer transistor del citado primer puerto de entrada (LO), y que comprende también un segundo transistor (Q2) acoplado a un segundo terminal del citado puerto de salida (IF), y a un segundo transistor del citado primer puerto de entrada (LO), en el que los citados transistores 25 primero y segundo (Q1, Q2) están acoplados entre sí y a un nodo (N) conectado al citado segundo puerto de entrada (RF), y que comprende también una fuente de intensidad (Ie) conectada entre el citado nodo (N) y una tierra eléctrica, y

en el que el citado segundo (M2) mezclador es un mezclador de Gilbert (M2) simplemente equilibrado que comprende un tercer transistor (Q3) acoplado al citado 30 primer terminal del citado puerto de salida (IF), y al citado segundo terminal del citado primer puerto de entrada (LO), y a un cuarto transistor (Q4) acoplado al citado segundo terminal del citado puerto de salida (IF), y al citado primer terminal del citado primer puerto de entrada (LO), y en el que los citados transistores tercero y cuarto (Q3, Q4) están acoplados entre sí y a un quinto transistor (Q5), y el citado quinto transistor (Q5) está acoplado al citado segundo puerto de entrada (RF) por medio del citado nodo (N), y a la citada tierra.

2. El mezclador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la 5 citada fuente de intensidad (Ie) comprende un sexto transistor (Q6) conectado entre el citado nodo (N) y el citado quinto transistor (Q5), y una inductancia (Le1) conectada entre el citado sexto transistor (Q6) y la citada tierra.

3. El mezclador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 – 2, 10 caracterizado porque una inductancia (Lin) y una capacitancia (Cin) están conectadas en serie entre el citado segundo puerto de entrada (RF) y el citado nodo (N) para permitir la concordancia de impedancia de entrada.

4. El mezclador de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el 15 citado primer mezclador (M1) comprende también una resistencia (Re) o una inductancia (Le) acopladas en serie entre los citados transistores primero y segundo (Q1, Q2) acoplados y el citado nodo (N), y el citado mezclador de Gilbert (M2) comprende también una inductancia (Le2) acoplada entre el quinto transistor (Q5) y la citada tierra, proporcionando por ello una concordancia de impedancia de entrada de 20 ac.

5. El mezclador de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la citada fuente de intensidad (Ie) comprende un espejo de corriente acoplado entre el citado nodo (N) y la citada tierra. 25

6. El mezclador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el citado primer puerto de entrada (IN1) está adaptado para proporcionar señales de entrada del oscilador local, y el citado segundo puerto de entrada (IN2) está adaptado para proporcionar una señal de entrada de frecuencia de radio. 30