引言

隨著GNSS（Global Navigation Satellite System）的不斷發(fā)展和中國北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的加快建設，衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)在各領域的應用將更加廣泛和深入，更低功耗、更低噪聲、更低成本的衛(wèi)星接收芯片已成為當前研究的熱點，而作為射頻前端電路中實現(xiàn)頻譜搬移的混頻器，是十分重要的模塊。

本文研究的最終目的是得到一個寬帶應用的低噪聲混頻器，適用于GNSS接收機。

1 設計指標

這個混頻器設計的目的是實現(xiàn)一個寬帶應用的低噪聲混頻器，帶寬能夠覆蓋GNSS所有頻段（1GHz～1．6GHz）的混頻器，所要求的指標如下：1）輸入射頻頻率：1～1．6GHz；2）中頻輸出頻率：46MHz；3）射頻功率：-120～-30dBm；4）本振功率：-10dBm；5）工作電壓：3．3V；6）轉換增益：10dB；7）噪聲系數(shù)：4dB；8）1dB壓縮點：-17dBm。

2 混頻器的整體設計

混頻器的電路設計圖如圖1所示。

負載電路由R1、C1、R2、C2組成，分別構成了兩個RC一階低通濾波器，用于濾除泄漏到混頻器輸出端口的LO和RF等高頻信號。

在跨導級，Q8、R9和Q5、R7以及Q8、R9和Q6、R8構成了比例式鏡像電流源電路。其中，基極電阻R7和R8必須足夠大，保證射頻信號功率很好地注入到Q5和Q6，同時防止干擾信號從基極電阻串擾射頻信號。但是，基極電阻也不能太大，否則造成跨導管的基極電流太小，從而影響工作點，導致增益的下降。因為輸入的是差分信號，要求R7和R8相等，Q5和Q6尺寸一樣。

在開關級，Q7連接成二極管的形式，給開關管提供偏置電壓，Q1～Q4為完全一樣的晶體管，基極電阻R5和R6也完全一樣，而且要求阻值足夠大，以使本振信號功率有效注入開關管。R4和R3分別用來設置偏置電流的大小和開關級偏置電壓的大小，這兩者都不能太大，否則支路電流小，從而影響跨導管工作點的設置，靈活調整兩者的比例，可以讓電壓的分配更合理。電路中C1、C2電容值為2pF；偏置晶體管Q7和Q8選擇尺寸比較小的管子，目的是節(jié)省功耗，它們的型號為N05005011SH。各個電阻的取值如表1所示。

3 仿真結果

在對增益和噪聲進行分析的時候，我們使用了ADS提供的“MixConvGainNF Schematic Template”環(huán)境進行仿真。在輸入射頻信號頻率為1．575GHz，功率為-85dBm，輸出中頻為46MHz，輸入本振信號功率為-10dBm的時候，測得的轉換增益（conversiongain）為15．79dB，單邊帶噪聲系數(shù)為4dB。如圖2所示。

本設計混頻器應用于GNSS接收機，它要求接收的射頻信號頻率范圍在1～1．6GHz之間，本混頻器也要求在這范圍內(nèi)擁有較高的增益和較低的噪聲系數(shù)。圖3為這一變化范圍內(nèi)的增益和噪聲，這是經(jīng)過多點測試，然后用描點法描出來的。

另外，線性度也是混頻器需要考慮的一個重要問題。一般從天線接收進來的GNSS射頻信號功率在-110～-55dBm之間，經(jīng)過低噪聲放大器放大后，輸入到混頻器的射頻信號功率大約在-100～-40dBm之間。我們知道，當輸入信號功率變大，混頻器會出現(xiàn)增益壓縮的現(xiàn)象。圖4為混頻器的1dB增益壓縮點仿真結果。

4 結果分析

根據(jù)圖3仿真結果可以看出，在從1～1．6GHz的600MHz帶寬范圍內(nèi)，增益下降不到2dB，均大于15dB，提供了足夠的增益，符合增益設計要求。另外，噪聲系數(shù)也出現(xiàn)了較小范圍內(nèi)的變化，實現(xiàn)了寬帶低噪聲，符合設計要求。根據(jù)圖4仿真表明，該混頻器的1dB增益壓縮點為-17dBm，線性范圍滿足應用要求，也符合項目設計要求。