混合器电路系统

技术领域

本发明涉及混频器电路系统，其在本文中被称为混合器电路系统。特别地，本发明涉及差分混合器电路系统。

背景技术

在这样的混合器电路系统中，可以接收具有输入频率(例如，射频(RF))的输入信号，并且可以在被称为外差或混合的处理中基于该输入信号和(具有混合频率的)混合信号生成具有输出频率(例如，基带(BB)或中频(IF))的输出信号。这样的电路系统可以被实现为例如IC芯片上的集成电路系统。在集成电路系统的情况下，如通常已知的，可以将晶体管用作混合装置。

应当理解，输出频率可以在频率上低于输入频率(如在上面的示例中)或在频率上高于输入频率。这样的电路系统可以例如被用在接收器电路例如无线电接收器电路或者发射器电路例如无线电发射器电路中。

期望提供改进的混合器电路系统，特别是用于实现为例如IC芯片上的集成电路系统的混合器电路系统。

发明内容

根据本发明的第一方面的实施方式，提供了差分混合器电路系统，该差分混合器电路系统包括：第一输入电压节点和第二输入电压节点以及第一输入电流节点和第二输入电流节点；无源阻抗网络，其连接在第一输入电压节点和第二输入电压节点与第一输入电流节点和第二输入电流节点之间，并且被配置成将分别在第一输入电压节点和第二输入电压节点处接收的第一输入电压信号和第二输入电压信号转换成第一输入电流信号和第二输入电流信号，第一输入电流信号和第二输入电流信号分别在第一输入电流节点和第二输入电流节点处提供，第一输入电压信号和第二输入电压信号限定具有输入频率的差分输入电压信号，并且第一输入电流信号和第二输入电流信号限定差分输入电流信号；以及混合级，其被配置成将差分输入电流信号与具有对应混合频率的至少一个混合信号混合，并且输出具有取决于输入频率和每个混合频率的输出频率的差分输出信号。

混合级可以被视为将差分输入电流信号与至少一个混合信号进行混频。

这样的差分混合电路系统使得信号的频率能够被改变为较低或较高的频率。即，输出频率可以高于或低于输入频率。无源阻抗网络使得差分输入电压信号能够被转换成差分输入电流信号，而无需使用例如一个或更多个开关(晶体管)。无源阻抗网络可以提供差分混合器电路系统与前级电路系统之间所需的匹配。与其他技术相比，该无源电压至电流转换可以致使速度提高和/或线性度提高和/或动态范围提高。

无源阻抗网络可以包括：用于连接至电压源的尾节点；连接在第一输入电压节点与尾节点之间的第一尾侧阻抗和连接在第一输入电压节点与第一输入电流节点之间的第一混合器侧阻抗；以及连接在第二输入电压节点与尾节点之间的第二尾侧阻抗和连接在第二输入电压节点与第二输入电流节点之间的第二混合器侧阻抗。

第一尾侧阻抗和第二尾侧阻抗以及第一混合器侧阻抗和第二混合器侧阻抗可以是电阻器。在这种情况下，无源阻抗网络可以被称为电阻网络。

无源阻抗网络可以包括：用于连接至电压源的尾节点；连接在第一输入电流节点与尾节点之间的第一尾侧阻抗和连接在第一输入电流节点与第一输入电压节点之间的第一输入侧阻抗；以及连接在第二输入电流节点与尾节点之间的第二尾侧阻抗和连接在第二输入电流节点与第二输入电压节点之间的第二输入侧阻抗。

第一尾侧阻抗和第二尾侧阻抗可以是电感器。第一输入侧阻抗和第二输入侧阻抗可以是电阻器。

尾节点可以经由电流源连接至电压源。电流源可以被配置成控制或调节流过尾节点的偏置电流。

无源阻抗网络的阻抗可以是或者可以包括电阻器和/或电感器。

差分混合器电路系统可以包括第一输出电流节点和第二输出电流节点。混合级可以连接在第一输入电流节点和第二输入电流节点与第一输出电流节点和第二输出电流节点之间。混合级可以被配置成将第一输入电流信号和第二输入电流信号与至少一个混合信号混合以分别在第一输出电流节点和第二输出电流节点处生成第一输出电流信号和第二输出电流信号，并且第一输出电流信号和第二输出电流信号限定差分输出信号。

无源阻抗网络可以被视为形成差分混合器电路系统的电压至电流转换级。差分混合器电路系统可以包括电流至电压转换级，该电流至电压转换级连接至输出电流节点并且被配置成将分别在第一输出电流节点和第二输出电流节点处提供的第一输出电流信号和第二输出电流信号转换成第一输出电压信号和第二输出电压信号，第一输出电压信号和第二输出电压信号也分别在第一输出电流节点和第二输出电流节点处提供。

混合级可以包括至少第一混合器子级，其中，X≥2。第一混合器子级可以包括第一开关阵列和第二开关阵列，第一开关阵列和第二开关阵列每个均包括X个开关、X个上游节点和X个下游节点，每个阵列的开关沿着相应电流路径分别连接在该阵列的上游节点与下游节点之间。第一混合器子级的第一阵列的上游节点可以连接至第一输入电流节点，并且第一混合器子级的第二阵列的上游节点可以连接至第二输入电流节点。第一混合器子级的第一阵列的下游节点和第一混合器子级的第二阵列的下游节点可以沿着如下电流路径连接至输出电流节点：所述电流路径被布置成使得分别在第一输出电流节点和第二输出电流节点处提供所述第一输出电流信号和所述第二输出电流信号。在差分混合器电路系统的第一操作模式下，至少一个混合信号可以包括至少第一子级混合信号，第一子级混合信号是X相混合信号，并且每个阵列的开关可以被配置成由第一子级混合信号的各个相位控制。

X可以≥3，或者X可以≥4，或者X可以≥8。

混合级可以包括至少第二混合器子级，第二混合器子级包括多个开关阵列，所述多个开关阵列每个均包括Y个开关、Y上游节点和Y个下游节点，其中，Y≥2，每个阵列的开关沿着相应电流路径分别连接在该阵列的上游节点与下游节点之间。第一混合器子级的第一阵列的下游节点和第一混合器子级的第二阵列的下游节点可以沿着如下电流路径连接至输出电流节点，所述电流路径被布置成穿过第二混合器子级的阵列的开关使得分别在第一输出电流节点和第二输出电流节点处提供第一输出电流信号和第二输出电流信号。在第一操作模式下，至少一个混合信号可以包括至少第二子级混合信号，该第二子级混合信号是Y相混合信号，并且第二混合器子级的每个阵列的开关可以被配置成由第二子级混合信号的各个相位控制。

在差分混合器电路系统的第二操作模式(可能代替第一操作模式)下：第一混合器子级的每个阵列的X个开关可以被配置成由第一子级混合信号的各个相位控制，并且第二混合器子级的每个阵列的Y个开关可以被配置成由各个控制信号控制使得Y个开关中的一些开关(保持)导通(ON)并且使Y个开关中一些开关(保持)关断(OFF)；或者第二混合器子级的每个阵列的Y个开关可以被配置成由第二子级混合信号的各个相位控制，并且第一混合器子级的每个阵列的X个开关可以被配置成由各个控制信号控制使得X个开关中的一些开关(保持)导通并且X个开关中一些开关(保持)关断。

第一操作模式或第二操作模式可以简单地称为特定操作模式或给定操作模式。该电路系统可以选择性地在第一操作模式或第二操作模式下操作。该电路系统可以仅在第一操作模式和第二操作模式之一下操作。Y可以≥3，或者Y可以≥4，或者Y可以≥8。X可以等于Y。X和/或Y可以是偶数并且可以等于2

第一混合器子级的开关和第二混合器子级的开关可以是晶体管，例如场效应晶体管。

根据本发明的第二方面的实施方式，提供了一种差分混合器电路系统，该差分混合器电路系统包括：第一输入电流节点和第二输入电流节点，其被配置成分别接收第一输入电流信号和第二输入电流信号，第一输入电流信号和第二输入电流信号限定具有输入频率的差分输入电流信号；第一输出电流节点和第二输出电流节点，其被配置成分别输出第一输出电流信号和第二输出电流信号，第一输出电流信号和第二输出电流信号限定差分输出电流信号；以及混合级，其连接在第一输入电流节点和第二输入电流节点与第一输出电流节点和第二输出电流节点之间，并且被配置成将差分输入电流信号与具有对应混合频率的至少一个混合信号混合以生成具有取决于输入频率和每个混合频率的输出频率的差分输出电流信号，其中：混合级包括第一混合器子级和第二混合器子级；并且其中：第一混合器子级被配置成利用第一子级混合信号执行混合的至少一部分，第一子级混合信号是具有第一混合频率的X相混合信号，其中X≥4(或X≥2或X≥3)；并且/或者第二混合器子级被配置成利用第二子级混合信号执行混合的至少一部分，第二子级混合信号是具有第二混合频率的Y相混合信号，其中，Y≥4(或Y≥2或Y≥3)。

第一混合器子级可以包括第一开关阵列和第二开关阵列，第一开关阵列和第二开关阵列每个均包括X个开关、X个上游节点和X个下游节点，这些阵列中的每个阵列的开关分别连接在该阵列的上游节点与下游节点之间。第二混合器子级可以包括多个开关阵列，所述多个开关阵列每个均包括Y个开关、Y个上游节点和Y个下游节点，这些阵列中的每个阵列的开关分别连接在该阵列的上游节点与下游节点之间。一系列电流路径可以将输入电流节点连接至输出电流节点，这些电流路径中的每条电流路径从输入电流节点之一起从第一混合器子级的开关的上游节点穿过第一混合器子级的开关至第一混合器子级的开关的下游节点、从第二混合器子级的开关的上游节点穿过第二混合器子级的开关至第二混合器子级的开关的下游节点并且然后至输出电流节点之一。第一混合器子级的每个阵列的X个开关可以被配置成由第一子级混合信号的各个相位控制。第二混合器子级的每个阵列的Y个开关可以被配置成由第二子级混合信号的各个相位控制。

根据本发明的第三方面的实施方式，提供了一种差分混合器电路系统，该差分混合器电路系统包括：第一输入电流节点和第二输入电流节点，其被配置成分别接收第一输入电流信号和第二输入电流信号，第一输入电流信号和第二输入电流信号限定具有输入频率的差分输入电流信号；第一输出电流节点和第二输出电流节点，其被配置成分别输出第一输出电流信号和第二输出电流信号，第一输出电流信号和第二输出电流信号限定差分输出电流信号；以及混合级，其连接在第一输入电流节点和第二输入电流节点与第一输出电流节点和第二输出电流节点之间，并且被配置成将差分输入电流信号与具有对应混合频率的至少一个混合信号混合以生成具有取决于输入频率和每个混合频率的输出频率的差分输出电流信号，其中，混合级包括第一混合器子级和第二混合器子级，第一混合器子级包括第一开关阵列和第二开关阵列，第一开关阵列和第二开关阵列每个均包括X个开关、X个上游节点和X个下游节点，其中X≥4(或X≥2或X≥3)，这些阵列中的每个阵列的开关分别连接在该阵列的上游节点与下游节点之间，第二混合器子级包括多个开关阵列，所述多个开关阵列每个均包括Y个开关、Y个上游节点和Y个下游节点，其中Y≥4(或Y≥2或Y≥3)，这些阵列中的每个阵列的开关分别连接在该阵列的上游节点与下游节点之间；以及一系列电流路径，其将输入电流节点连接至输出电流节点，这些电流路径中的每条电流路径从输入电流节点之一起从第一混合器子级的开关的上游节点穿过第一混合器子级的开关至第一混合器子级的开关的下游节点、从第二混合器子级的开关的上游节点穿过第二混合器子级的开关至第二混合器子级的开关的下游节点并且然后至输出电流节点之一，并且其中，第一混合器子级的每个阵列的X个开关被配置成由第一子级混合信号的各个相位控制，第一子级混合信号是具有第一混合频率的X相混合信号，并且/或者第二混合器子级的每个阵列的Y个开关被配置成由第二子级混合信号的各个相位控制，第二子级混合信号是具有第二混合频率的Y相混合信号。

可以如下提供与本发明的前述第二方面和/或第三方面有关的可选特征。

混合级可以被认为是将差分输入电流信号与至少一个混合信号进行混频。

这样的差分混合电路系统使得信号的频率能够被改变为较低或较高的频率。即，输出频率可以高于或低于输入频率。

在差分混合器电路系统的第一操作模式下，第一混合器子级的每个阵列的X个开关可以被配置成由第一子级混合信号的各个相位控制，并且第二混合器子级的每个阵列的Y个开关可以被配置成由第二子级混合信号的各个相位控制。

在差分混合器电路系统的第二操作模式下：第一混合器子级的每个阵列的X个开关可以被配置成由第一子级混合信号的各个相位控制，并且第二混合器子级的每个阵列的Y个开关可以被配置成由各个控制信号控制使得Y个开关中的一些开关(保持)导通并且Y个开关中一些开关(保持)关断；或者第二混合器子级的每个阵列的Y个开关可以被配置成由第二子级混合信号的各个相位控制，并且第一混合器子级的每个阵列的X个开关可以被配置成由各个控制信号控制使得X个开关中的一些开关(保持)导通并且X个开关中一些开关(保持)关断。

第一混合器子级的第一阵列的上游节点可以连接至第一输入电流节点，并且第一混合器子级的第二阵列的上游节点可以连接至第二输入电流节点。

一系列电流路径可以被配置成使得差分混合器电路系统在第一操作模式和/或第二操作模式下被配置为单平衡或双平衡或三平衡差分混合器电路系统。这具有以下优点：输入信号(第一子级混合信号和/或第二子级混合信号以及/或者输入电压信号)的频率下的不期望分量在输出处被消除。

第一混合器子级的第一阵列的下游节点和第一混合器子级的第二阵列的下游节点可以沿着如下电流路径连接至输出电流节点：所述电流路径被布置成穿过第二混合器子级的阵列的开关，使得在第一操作模式下，在第一混合器子级与第二混合器子级之间以及在第二混合器子级与输出节点之间，承载具有相同相位的信号的电流路径被叠加在一起以分别在第一输出电流节点和第二输出电流节点处提供第一输出电流信号和第二输出电流信号。换句话说，差分混合器电路系统可以相对于第一子级混合信号和第二子级混合信号平衡(即，双平衡和/或三平衡)。

第一混合器子级的第一阵列的下游节点和第一混合器子级的第二阵列的下游节点可以沿着如下电流路径连接至输出电流节点：所述电流路径被布置成穿过第二混合器子级的阵列的开关，使得在第二操作模式下，在第一混合器子级与第二混合器子级之间以及/或者在第二混合器子级与输出节点之间，承载具有相同相位的信号的电流路径被叠加在一起以分别在第一输出电流节点和第二输出电流节点处提供第一输出电流信号和第二输出电流信号。换句话说，差分混合器电路系统可以相对于第一子级混合信号和/或第二子级混合信号平衡(即，双平衡和/或三平衡)。

第一混合器子级的第一阵列的下游节点和第一混合器子级的第二阵列的下游节点可以连接至输出电流节点，使得从第一阵列的下游节点起的电流路径与从第二阵列的下游节点起的电流路径分别叠加。换句话说，差分混合器电路系统可以相对于差分输入电压信号平衡。

第一混合器子级的第一阵列的下游节点和第一混合器子级的第二阵列的下游节点可以连接至输出电流节点，使得从第一混合器子级的与由第一子级混合信号的相反相位控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。换句话说，差分混合器电路系统可以相对于第一子级混合信号平衡。

第二混合器子级的阵列的下游节点可以连接至输出电流节点，使得从第二混合器子级的与由第二子级混合信号的相反相位控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。换句话说，差分混合器电路系统可以相对于第二子级混合信号平衡。

第二混合器子级的阵列的下游节点可以连接至输出电流节点，使得从第二混合器子级的与由第二子级时钟信号的Y个相位分别控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。即，第一输出电流信号和第二输出电流信号可以每个均具有来自第二子级混合信号的所有Y个相位的贡献。

X可以≥3，或者X可以≥4，或者X可以≥8。Y可以≥3，或者Y可以≥4，或者Y可以≥8。X可以≥4并且Y可以≥2。X可以等于Y。X和/或Y可以是偶数并且可以等于2

当X＝4时，第一子级混合信号的四个相位可以是正交相位。当Y＝4时，第二子级混合信号的四个相位可以是正交相位。

差分混合器电路系统可以包括第三输出电流节点和第四输出电流节点；并且第一混合器子级的第一阵列的下游节点和第二阵列的下游节点可以沿着经由第二混合器子级的阵列的开关的电流路径连接至输出电流节点，使得在第一输出电流节点至第四输出电流节点处分别提供相位正交的第一输出电流信号至第四输出电流信号。

第二混合器子级可以包括至少四个所述开关阵列，所述开关阵列每个均包括Y个开关。

X可以≥4并且Y可以≥2，并且第二混合器子级可以包括至少四个所述开关阵列，所述开关阵列每个均包括Y个开关。X可以≥2并且Y可以≥4，并且第二混合器子级可以包至少两个所述开关阵列，所述开关阵列每个均包括Y个开关。X可以≥4并且Y可以≥4，并且第二混合器子级可以包括至少两个所述开关阵列，所述开关阵列每个均包括Y个开关。X可以≥4并且Y可以≥4，并且第二混合器子级可以包括至少四个所述开关阵列，所述开关阵列每个均包括Y个开关。X可以≥8并且Y可以≥8，并且第二混合器子级可以包括至少两个所述开关阵列，所述开关阵列每个均包括Y个开关。

在第二操作模式下，控制信号可以被配置成控制各个开关，使得这些开关中的一些开关(保持)导通以将下游节点连接至输出电流节点，从而在输出电流节点处提供输出电流信号。

在第二操作模式下，控制信号可以被配置成控制各个开关，使得这些开关中的一些开关(保持)导通以将下游节点连接至输出电流节点，使得(在这些开关中的每个开关处)承载具有彼此不同相位的信号的电流路径叠加。

第一混合器子级的开关和第二混合器子级的开关可以是晶体管，例如场效应晶体管。

差分混合器电路系统可以包括：第一输入电压节点和第二输入电压节点以及第一输入电流节点和第二输入电流节点；以及无源阻抗网络，其连接在第一输入电压节点和第二输入电压节点与第一输入电流节点和第二输入电流节点之间，并且被配置成将分别在第一输入电压节点和第二输入电压节点处接收的第一输入电压信号和第二输入电压信号转换成第一输入电流信号和第二输入电流信号，第一输入电流信号和第二输入电流信号分别在第一输入电流节点和第二输入电流节点处提供，第一输入电压信号和第二输入电压信号限定具有所述输入频率的差分输入电压信号。

无源阻抗网络使得差分输入电压信号能够被转换成差分输入电流信号，而无需使用例如一个或更多个开关(晶体管)。无源阻抗网络可以提供差分混合器电路系统与前级电路系统之间所需的匹配。与其他技术相比，这种无源电压至电流转换可以致使速度提高和/或线性度提高和/或动态范围更高。

无源阻抗网络可以包括：用于连接至电压源的尾节点；连接在第一输入电压节点与尾节点之间的第一尾侧阻抗和连接在第一输入电压节点与第一输入电流节点之间的第一混合器侧阻抗；以及连接在第二输入电压节点与尾节点之间的第二尾侧阻抗和连接在第二输入电压节点与第二输入电流节点之间的第二混合器侧阻抗。

无源阻抗网络可以包括：用于连接至电压源的尾节点；连接在第一输入电流节点与尾节点之间的第一尾侧阻抗和连接在第一输入电流节点与第一输入电压节点之间的第一输入侧阻抗；以及连接在第二输入电流节点与尾节点之间的第二尾侧阻抗和连接在第二输入电流节点与第二输入电压节点之间的第二输入侧阻抗。

(前述方面中的任一方面的)差分混合器电路系统可以包括一对辅助晶体管，其源极端子经由相应阻抗连接至相应辅助电压源，其漏极端子连接至分别承载具有相反相位的电流信号的一对所述电流路径上的对应位置处的相应节点，并且其栅极端子连接至彼此的漏极端子。

(前述方面中的任一方面的)差分混合器电路系统可以包括一对辅助晶体管，其源极端子经由相应阻抗连接至相应辅助电压源，其漏极端子分别连接至第二输入电流节点和第一输入电流节点，并且其栅极端子分别连接至第一输入电流节点和第二输入电流节点。

(前述方面中的任一方面的)差分混合器电路系统可以包括一对辅助晶体管，其源极端子经由相应阻抗连接至相应辅助电压源，其漏极端子分别连接到第二输出电流节点和第一输出电流节点，并且其栅极端子分别连接至第一输出电流节点和第二输出电流节点。

(前述方面中的任一方面的)差分混合器电路系统可以包括一对辅助晶体管，其源极端子经由相应阻抗连接至相应辅助电压源，其漏极端子分别连接至第四输出电流节点和第三输出电流节点，并且其栅极端子分别连接至第三输出电流节点和第四输出电流节点。

这样的辅助晶体管可以向差分混合器电路系统(例如，与在DC处相比，在高频处)提供增益“提升”。即，可以通过辅助晶体管来提升或提高差分混合器电路系统的增益。

对于每对辅助晶体管，辅助电压源可以具有彼此相同的电压水平或彼此不同的电压水平。

根据本发明的第四方面的实施方式，提供一种模拟至数字转换器电路系统，该模拟至数字转换器电路系统包括差分混合器电路系统和(例如，电流模式)模拟至数字转换器，差分混合器电路系统被配置成：接收具有输入频率的模拟差分输入电流信号；将差分输入电流信号与分别具有第一混合频率和第二混合频率的第一子级混合信号和第二子级混合信号混合；以及输出具有取决于输入频率以及第一混合频率和第二混合频率的输出频率的模拟差分输出电流信号，模拟至数字转换器被配置成将模拟差分输出电流信号转换成数字信号，其中，差分混合器电路系统包括第一混合器子级和第二混合器子级，第一混合器子级被配置成由第一子级混合信号的X个相位控制，并且第二混合器子级被配置成由第二子级混合信号的Y个相位控制，其中，X≥4(或者X≥2或X≥3)且Y≥4(或者Y≥2或Y≥3)。

根据本发明的第五方面的实施方式，提供一种模拟至数字转换器电路系统，该模拟至数字转换器电路系统包括前述第一方面至第三方面中的任一方面的电路系统。

视情况，差分输出电流信号或差分输出电压信号可以是模拟差分输出信号，并且模拟至数字转换器电路系统可以包括被配置成将模拟差分输出信号转换成数字(差分输出)信号的模拟至数字转换器。

根据本发明的第六方面的实施方式，提供一种集成电路系统例如IC芯片和/或ADC电路系统，该集成电路系统包括前述第一方面至第五方面中的任一方面的电路系统。

以上方面中的任一方面的特征都可以应用于以上方面中的任何其他方面。

附图说明

作为示例，现在将参照附图，在附图中：

图1A是作为比较示例的混合器电路系统的示意图；

图1B是用于理解图1A的电路系统的示意图；

图2是作为比较示例的经修改的混合器电路系统的示意图；

图3是混合器电路系统的第一示例布置的示意图；

图4是混合器电路系统的经修改的第一示例布置的示意图；

图5是用于理解图4的电路系统的示意图；

图6是用于理解图3和图4的电路系统的曲线图；

图7是混合器电路系统的另一经修改的第一示例布置的示意图；

图8A和图8B是用于理解图3、图4和图7的电路系统的曲线图；

图9是混合器电路系统的另一经修改的第一示例布置的示意图；

图10是用于理解图9的电路系统的示意图；

图11是混合器电路系统的另一经修改的第一示例布置的示意图；

图12是混合器电路系统的第二示例布置的示意图；

图13是用于理解图12的电路系统的曲线图；

图14是用于理解图12的电路系统的曲线图；

图15是混合器电路系统的经修改的第二示例布置的示意图；

图16是混合器电路系统的另一经修改的第二示例布置的示意图；

图17是用于理解图16的电路系统的曲线图；

图18是用于理解图16的电路系统的曲线图；

图19是用于理解图12、图15和图16的电路系统的曲线图；

图20是混合器电路系统的另一经修改的第二示例布置的示意图；

图21是用于理解图20的电路系统的曲线图；

图22是用于理解图20的电路系统的曲线图；

图23是混合器电路系统的另一经修改的第二示例布置的示意图；

图24A是ADC电路系统的示意图；以及

图24B是集成电路的示意图。

具体实施方式

图1A是作为比较示例的混合器电路系统100的示意图。

混合器电路系统100包括被配置成接收输入电压信号V

转换开关111将输入电压信号V

总的来说，混合器电路系统100被配置成：将输入电压信号V

电容103表示在转换开关111的漏极处看到的寄生电容的总和。电容103具有由下式给出的电容值C

C

其中，C

图1B是用于理解图1A的混合器电路系统100的示意图。图1B是混合器电路系统100的小信号AC模型，并且其元件与混合器电路系统100中的元件相对应，该小信号AC模型在本文中被称为模型电路系统100S。即，电流源111S表示转换开关111，节点121S表示输入电流节点121，电流源131S表示第一混合器开关131，节点171S表示电流输出节点171，电阻器191S表示第一电阻器191，并且电容103S表示电容103(即，在转换开关111的漏极处看到的寄生电容的总和)并且具有式1中的电容值C

根据图2，可以如下计算电路(在s域中)的增益：

G

其中，g

混合器电路系统100的两个重要方面可以如下根据式2得出。首先是电路的主导极点(main pole)为：

ω

式3主要确定混合器的最大速度。第二个结论是混合器的准确度(线性度)，该准确度(线性度)主要是由于式2中的以下两项：转换开关111的跨导g

图2是同样作为比较示例的经修改的混合器电路系统200的示意图。经修改的混合器电路系统200是已经被修改为双平衡的混合器电路系统100的实现方式。

应当理解，混合器电路系统200接收差分输入电压信号V

详细地，经修改的混合器电路系统200包括第一输入电压节点201和第二输入电压节点202、第一转换开关211和第二转换开关212、第一输入电流节点221和第二输入电流节点222、第一开关阵列231和第二开关阵列232、第一电流输出节点271和第二电流输出节点272、第一电阻器291和第二电阻器292以及第一输出节点281和第二输出节点282。第一电流输出节点271和第二电流输出节点272、第一电阻器291和第二电阻器292以及第一输出节点281和第二输出节点282以与混合器电路系统100的对应元件(分别为171、172、191、192、181和182)相同的方式配置。

第一输入电压节点201和第二输入电压节点202被配置成接收其之间的被示出为分别具有正分量V

参见图2，应当理解，输出节点271和输出节点272中的每一个均承载双平衡信号，这是因为任何V

式1至式3同样适用于经修改的混合器电路系统200，如同它们适用于混合器电路系统100一样。如以上所讨论的，根据式2得出的两个结论(混合器电路系统100和经修改的混合器电路系统200的速度受限，以及混合器电路系统100和经修改的混合器电路系统200的非线性)是不利的。为了克服这些缺点(以及其他缺点)，本文公开了两个示例布置。

图3是实施本发明的混合器电路系统的第一示例布置300的示意图。

混合器电路系统300是差分混合器电路系统并且包括第一输入电压节点301和第二输入电压节点302、电流源308、无源阻抗网络310(其可以被称为无源网络或无源匹配网络)、第一输入电流节点321和第二输入电流节点322、第一开关331A和第二开关331B的第一阵列331、第一开关332A和第二开关332B的第二阵列332、第一输出电流节点371和第二输出电流节点372、第一输出电压节点381和第二输出电压节点382以及第一电阻器391和第二电阻器392。

第一输入电压节点301和第二输入电压节点302被配置成分别接收第一输入电压信号V

第一阵列331和第二阵列332可以一起称为混合级350。混合级350被配置成将差分输入电流信号与具有混合频率f

第一阵列331的第一开关331A和第二开关331B各自被连接成在第一输入电流节点321处接收第一输入电流信号，并且第二阵列332的第一开关332A和第二开关332B各自被连接成在第二输入电流节点322处接收第二输入电流信号。第一开关331A和332A被连接成由具有第一相位(例如，0度)的混合信号V

为了更好地理解本实施方式以及本文所公开的后面的实施方式，注意以下可能有用的：从第一阵列331的第一开关331A输出的电流信号和从第二阵列332的第二开关332B输出的电流信号可以被视为具有彼此相同的相位。这是因为由这两个开关331A和开关332B接收的输入电流信号具有相反的相位，并且控制这两个开关的混合信号也具有相反的相位(并且因为输入电流信号的相位和混合信号的相位在第一阵列331和第二阵列332的每个开关的输出处相加)。然后，从第一阵列331的第一开关331A输出的电流信号和从第二阵列332的第二开关332B输出的电流信号在输出电流节点371处相加。类似的说明适用于从第一阵列331的第二开关331B输出的电流信号和从第二阵列332的第一开关332A输出的电流信号在输出电流节点372处相加。

使用差分输入电压信号和差分混合信号，并且使混合级350与输出电流节点371和输出电流节点372之间的电流路径“交叉”使得如所示出的来自第一阵列331的开关的电流信号分别与来自第二阵列332的开关的电流信号相加，提供了如先前提及的双平衡布置。例如，任何V

第一电阻器391和第二电阻器392(作为阻抗的示例实现)可以一起称为电流至电压转换级390。第一电阻器391和第二电阻器392分别连接至第一电流输出节点371和第二电流输出节点372，并且被配置成将第一输出电流信号和第二输出电流信号转换成第一输出电压信号和第二输出电压信号，第一输出电压信号和第二输出电压信号分别在第一输出电压节点381和第二输出电压节点382处提供。第一输出电压信号和第二输出电压信号限定具有输出频率的差分输出电压信号。差分输出信号可以是差分输出电流信号或差分输出电压信号。第一电阻器和第二电阻器分别连接在第一电流输出节点371和第二电流输出节点372与其电压水平在高基准电压V

当在其他电路系统(例如，模拟至数字转换器，ADC)中实现时，无源网络310提供混合器电路系统300与前级(例如，低噪声放大器，LNA)之间所需的匹配。例如，如果LNA被设计为片外，则无源网络310可以被设计为提供从混合器电路系统300的输入端口看到的所需特性阻抗(例如，50Ω)以消除影响。此外，无源网络310将电压线性地转换成电流(即，将差分输入电压信号转换成差分输入电流信号)。更进一步，无源网络310可以被设计为提供期望的RF滤波以移除RF图像。

图4是实施本发明的混合器电路系统的第一示例布置300的修改例300-1。

混合器电路系统300-1包括无源网络310-1，无源网络310-1包括阻抗311至314和尾节点309作为无源网络310的实现方式。混合器电路系统300-1的其他元件与图3所示的混合器电路系统300的元件相同并且具有相同的附图标记。省略重复的描述。

参照混合器电路系统300-1，无源网络310-1包括尾节点309、第一尾侧阻抗311和第二尾侧阻抗312以及第一混合器侧阻抗313和第二混合器侧阻抗314。尾节点309连接至电流源308以接收来自电流源308的电流。第一尾侧阻抗311连接在第一输入电压节点301与尾节点309之间，第一混合器侧阻抗313连接在第一输入电压节点301与第一输入电流节点321之间，第二尾侧阻抗312连接在第二输入电压节点302与尾节点309之间，并且第二混合器侧阻抗314连接在第二输入电压节点302与第二输入电流节点322之间。

图4还示出了无源网络310的更具体的实现方式310'，在实现方式310'中阻抗311至314被实现为电阻器311至314。在这种情况下，无源网络可以被称为电阻网络310'。

图5是用于理解图4的混合器电路系统300-1的示意图。图5是混合器电路系统300-1的小信号AC模型，并且其元件与混合器电路系统300-1中的元件相对应，该小信号AC模型在本文中被称为模型电路系统300-1S。即，节点301S表示第一输入节点301，阻抗311S表示第一尾侧阻抗311，阻抗313S表示第一混合器侧阻抗313，节点321S表示第一输入电流节点321，电流源331S表示第一开关阵列331的开关之一，节点371S表示第一输出电流节点371，并且电阻器391S表示第一电阻器391。电容303S表示在第一阵列331的开关的源极处看到的寄生电容的总和。即，在图5中，仅考虑混合器电路系统300-1的一“侧”，应理解等效的考虑适用于另一侧。即，模型电路系统300-1S是半电路模型，该半电路模型给出了与对应的全电路(即，混合器电路系统300-1)相同的增益结果。

基于图4和图5，明显的是：从第一输入电压节点301看到的输入阻抗可以被计算为

Z

其中，Z

根据图5，可以将混合器电路系统300-1的增益计算为

G

其中，Y

C

其中，C

将混合器电路系统300-1与混合器电路系统100或混合器电路系统200进行比较，将意识到，由于混合器电路系统300-1不包括“转换开关”(例如，转换开关111)，因此，转换开关111的漏极-体电容被从寄生电容值C

再次参照图4，无源网络310的具体实现方式310'包括作为阻抗311至314的电阻器311至314，并且如面提及的可以被称为电阻网络310'。

假设无源网络310如电阻网络310'中那样包括电阻器，则简化了以下计算。当然，类似的考虑适用(并且获得了对应的优点)，然而在实践中实现了阻抗311至314。观察电阻网络310'，式5中计算的增益可以计算为

G

其中，g

ω

将式8与式3进行比较，应当理解，混合器电路系统300-1的主导极点增加到(1+g

图6是用于理解混合器电路系统300和300-1的曲线图。图6中的曲线图示出了混合器电路系统200和混合器电路系统300-1(具有电阻网络310')的归一化增益相对于归一化输入频率(在这种情况下为RF)。执行仿真以获得图6中的以16纳米鳍式场效晶体管(FinFet)技术实现的曲线图。在该示例仿真中，将混合器电路系统300-1(具有电阻网络310')与具有相同功率预算、装置面积(device area)、混合增益、输出低通滤波器(即，与负载电阻器291、292、391和392中的每一个并联的电容器)和测试台条件的混合器电路系统200进行比较。在该示例仿真中，施加输入频率为f

在生成图6中的曲线图的示例仿真中，电阻值和跨导值如下：R

混合器电路系统100和混合器电路系统200中的非线性的一个来源是转换开关111(和121)的跨导，即g

ΔG

将混合器增益的变化归一化为混合器增益：

ΔG

考虑到混合器电路系统300-1(具有电阻网络310')并且忽略高频响应，则可以根据式7计算混合器电路系统300-1的增益变化：

ΔG

假设混合器电路系统100和200中的转换开关的跨导的大信号变化与混合器电路系统300-1的第一阵列331和第二阵列332的开关的跨导的大信号变化大约在同一水平，即：

Δg

然后对(10)和(11)中的增益变化的比较会得出：

(ΔG

即，混合器电路系统300-1中的增益变化小于混合器电路系统100和200中的增益变化。这意指与混合器电路系统100和混合器电路系统200相比，混合器电路系统300-1(并且因此混合器电路系统300由于没有转换开关111/211/212)展现出更好的大信号行为(就线性度、P_1dB和IP3而言)。

图7是实施本发明的混合器电路系统的第一示例布置的另一修改例300-2的示意图。

混合器电路系统300-2包括无源网络310-2，无源网络310-2包括阻抗315至阻抗318以及尾节点309作为无源网络310的实现方式。混合器电路系统300-2的其他元件与图3所示的混合器电路系统300的元件相同并且具有相同的附图标记。省略重复的描述。

参照混合器电路系统300-2，无源网络310-2包括尾节点309、第一尾侧阻抗315和第二尾侧阻抗316以及第一输入侧阻抗317和第二输入侧阻抗318。第一尾侧阻抗315连接在第一输入电流节点321与尾节点309之间，第一输入侧阻抗317连接在第一输入电流节点321与第一输入电压节点301之间，第二尾侧阻抗316连接在第二输入电流节点322与尾节点309之间，并且第二输入侧阻抗318连接在第二输入电流节点322与第二输入电压节点302之间。第一尾侧阻抗315和第二尾侧阻抗316被实现为电感器，并且第一输入侧阻抗317和第二输入侧阻抗318被实现为电阻器。这不是必需的。

图8A和图8B是用于理解混合器电路系统300、300-1和300-2的曲线图。执行仿真以获得图8A和图8B中的曲线图，除了使用混合器电路系统300-2和混合器电路系统200并对这两者进行比较之外，该仿真与被执行以获得图6中的曲线图的仿真具有相同的设置。此外，在仿真中使用以下示例设计参数：VDD＝0.9V，f

图8A中的曲线图针对混合器电路系统200(由带十字的曲线示出)、混合器电路系统300-2(由带圆圈的曲线示出)以及理想混合器(由带正方形的曲线示出)示出了相对于以dBm为单位的输入RF功率(即，输入电压信号V

根据图8A和图8B中示出的结果，混合器电路系统200示出了1dB压缩点，P

图9是实施本发明的混合器电路系统的第一示例布置的另一修改例300-3的示意图。

混合器电路系统300-3包括提升(增益提升)网络340。混合器电路系统300-3的其他元件与图4所示的混合器电路系统300-1的元件相同，并且具有相同的附图标记。省略重复的描述。当然，提升网络340可以类似地被包括在混合器电路系统300、300-1和300-2中的任一者中。

参照混合器电路系统300-2，升压网络(或电路系统)340包括第一辅助晶体管343和第二辅助晶体管344以及第一辅助阻抗341和第二辅助阻抗342。在本示例中，第一辅助晶体管343和第二辅助晶体管344是场效应晶体管，特别是PMOS MOSFET。

第一辅助晶体管343连接在第一辅助电源(即，连接至可以与高电压基准或源V

第一辅助晶体管343和第二辅助晶体管344分别经由第一辅助阻抗341和第二辅助阻抗342连接至第一辅助电源和第二辅助电源。第一辅助阻抗341包括一起并联连接在第一辅助电源与第一辅助晶体管343之间的电阻器341A和电容341B。第二辅助阻抗342包括一起并联连接在第二辅助电源与第二辅助晶体管344之间的电阻器342A和电容342B。第一辅助晶体管343的栅极端子和第二辅助晶体管344的栅极端子分别连接至第一输入电流节点321和第二输入电流节点322，使得第一辅助晶体管343和第二辅助晶体管344分别由第一输入电流信号和第二输入电流信号控制。

提升网络340的操作如下。当输入信号V

图10是用于理解图9的混合器电路系统300-3的示意图。图10是混合器电路系统300-3的小信号AC模型，并且其元件与混合器电路系统300-3的元件相对应，该小信号AC模型在本文中被称为模型电路系统300-3S。与本文所公开的小信号AC模型的先前示例类似，模型电路系统300-3S的与混合器电路系统300-3的元件相对应的元件具有与混合器电路系统300-3的那些元件相同的附图标记，但是在其末尾附有“S”。例如，节点301S和302S分别表示第一输入节点301和第二输入节点302。相应地，应当理解模型电路系统300-3S的其他元件与混合器电路系统300-3的其他元件之间的对应关系。此外，应注意，在模型电路系统300-3S中，忽略了辅助晶体管343和344以及混合级350的开关的本征电容和寄生电容(即，针对低频增益的计算)。此外，假设电阻器341A和342A被电容341B和342B完全分流。

考虑到以上，根据模型电路系统300-3S，混合器电路系统300-3的增益可以计算为：

G

其中，g

在低频(即，使得s～0)下将式14与式5进行比较会得出：

G

即，混合器电路系统300-3的增益高于混合器电路系统300-1的增益。如上所述，应当理解，提升网络340的添加不限于混合器电路系统300-1。可以将提升网络添加至混合器电路系统300、300-1和300-2中的任一者。

此外，代替或除了在无源网络310与混合级350之间添加提升网络340之外，可以在混合级350与电流至电压转换级390之间添加提升网络340。

图11是实施本发明的混合器电路系统的第一示例布置的另一修改例400的示意图。

混合器电路系统400包括电压至电流转换级410(即无源/电阻网络)、混合级450、电流至电压级490、连接在电压至电流转换级410与混合级450之间的第一提升网络440以及连接在混合级450与电流至电压级490之间的第二提升网络440'。电压至电流转换级410、混合级450和电流至电压级490可以对应于混合器电路系统300、300-1或300-2的那些级。此外，第一提升网络440对应于图9中示出的提升网络340，并且其元件已经被赋予相同的附图标记，但是这些附图标记是以400而不是300开始。第一提升网络440与混合器电路系统400的连接和提升网络340与混合器电路系统300-3的连接相同。

第二提升网络440'包括第三辅助晶体管447和第四辅助晶体管448以及第三辅助阻抗445和第四辅助阻抗446。第三辅助晶体管447连接在第三辅助电源(即，连接至可以与高电压基准V

第三辅助晶体管447和第四辅助晶体管448分别经由第三辅助阻抗445和第四辅助阻抗446连接至第三辅助电源和第四辅助电源。尽管未示出，但是第三辅助阻抗445包括一起并联连接在第三辅助电源与第三辅助晶体管447之间的电阻器445A和电容445B，并且第四辅助阻抗446包括一起并联连接在第四辅助电源与第四辅助晶体管448之间的电阻器446A和电容446B。第三辅助晶体管447的栅极端子和第四辅助晶体管448的栅极端子分别连接至第一输出电流节点471和第二输出电流节点472，使得第三辅助晶体管447和第四辅助晶体管448分别由第一输出电流信号和第二输出电流信号控制。当然，在混合器电路系统(例如，300)中包括两个这样的提升网络440和440'将产生较高增益(特别是在高频下)，这可能是期望的。

注意，可以通过使用电阻器391和392的较高电阻值来提升混合器电路系统(例如，300)的增益，但是这种提升受到电压余量的限制，并且会对连接在较高电压基准源与较低电压基准源之间的堆叠件(混合器电路系统(例如，300)的一组部件)施加额外的电压余量限制。就等效输入噪声(即，输入电压信号V

图12是实施本发明的混合器电路系统的第二示例布置500的示意图。混合器电路系统500的操作的以下描述是根据第一(或给定)操作模式。

混合器电路系统500是差分混合器电路系统并且包括第一输入电流节点521和第二输入电流节点522、混合级550以及第一输出电流节点571和第二输出电流节点572。混合级550包括第一混合器子级530和第二混合器子级560。第一混合器子级530包括第一阵列531和第二阵列532，第一阵列531和第二阵列532每个均包括X个开关、X个上游节点和X个下游节点。特别地，第一阵列531和第二阵列532每个均包括四个开关、四个上游节点和四个下游节点(即，X＝4)。第二混合器子级560包括第一阵列561和第二阵列562，第一阵列561和第二阵列562每个均包括Y个开关、Y个上游节点和Y个下游节点。特别地，第一阵列561和第二阵列562每个均包括四个开关、四个上游节点和四个下游节点(即，Y＝4)。在本示例中，混合级550的开关是场效应晶体管，特别是PMOS MOSFET(并且类似的考虑适用于本文所示的其他混合级)。

第一混合器子级530的开关被连接成由第一子级混合信号的各个相位控制。第一阵列531的开关被连接成分别由第一子级混合信号的相位A、B、C和D控制，并且第二阵列532的开关也被连接成分别由第一子级混合信号的相位A、B、C和D控制。具有四个相位A、B、C和D并且与第一子级混合信号相对应的信号是时间交错时钟信号。类似地，第二混合器子级560的开关被连接成由第二子级混合信号的各个相位控制。第一阵列561的开关被连接成分别由第二子级混合信号的相位A、B、C和D控制，并且第二阵列562的开关也被连接成分别由第二子级混合信号的相位A、B、C和D控制。具有四个相位A、B、C和D并且与第二子级混合信号相对应的信号是时间交错时钟信号。控制混合级550的每个开关的信号的相位由每个开关旁边(在其栅极处)的字母A、B、C或D指示。

每个阵列531和532的开关沿着相应的电流路径分别连接至该阵列的上游节点和下游节点(或连接在该阵列的上游节点与下游节点之间)。每个阵列561和562的开关沿着相应的电流路径分别连接至该阵列的上游节点和下游节点。

开关(即，各个晶体管的沟道)形成其相应电流路径的一部分。在图12中更详细地示出了电流路径531D。电流路径531D包括连接在上游节点531D

其他的开关、上游节点和下游节点具有对应的附图标记，但是没有包括这些附图标记以避免使图12过于复杂化。例如，开关531B

第一输入电流节点521和第二输入电流节点522被配置成分别接收第一输入电流信号和第二输入电流信号，第一输入电流信号和第二输入电流信号限定具有输入频率的差分输入电流信号。第一混合器子级530被配置成将差分输入电流信号与第一子级混合信号混合。第一子级混合信号具有第一混合频率。第二混合器子级560被配置成将第一混合器子级530的输出与第二子级混合信号混合并输出差分输出电流信号。第二子级混合信号具有第二混合频率。

差分输出电流信号因此具有取决于输入频率以及第一混合频率和第二混合频率的输出频率。如在对混合器电路系统的第一示例布置及其修改例的描述中所提及的，当对两个信号进行混频时，所得信号包含具有不同频率的分量。应当理解，混合器电路系统500中的输出频率可以具有多个分量，实际上是f

混合器电路系统500还包括电流至电压转换级590以及第一输出电压节点581和第二输出电压节点582。第一输出电压节点581和第二输出电压节点582被配置成输出限定差分输出电压信号的第一输出电压信号和第二输出电压信号，该差分输出电压信号具有输出频率并且与差分输出电流信号相对应。电流至电压转换级590包括：第一电阻器591和第二电阻器592，其分别连接在第一输出电流节点571和第二输出电流节点572与低电压基准或源(例如，接地GND)之间，该低电压基准或源的电压水平在高电压基准或源V

电流至电压转换级590可以仅包括第一电阻器591和第二电阻器592。第一电容595和第二电容596用于从输出电压信号中滤除高频噪声以及混合干扰或混合器干扰(即，滤除不期望频率成分)。第一电流源593和第二电流源594用于使输出共模电压降低。这对第二混合器子级560的开关提供了足够的漏极-源极电压余量(因为这些开关在饱和区域中操作)。

混合器电路系统500还包括电压至电流转换级510以及第一输入电压节点501和第二输入电压节点502。第一输入电压节点501和第二输入电压节点502被配置成分别接收第一输入电压信号VINP和第二输入电压信号VINM，第一输入电压信号VINP和第二输入电压信号VINM限定具有输入频率的差分输入电压信号。电压至电流转换级510被配置成将第一输入电压信号VINP和第二输入电压信号VINM转换成第一输入电流信号和第二输入电流信号，第一输入电流信号和第二输入电流信在第一输入电流节点521和第二输入电流节点522处提供。电压至电流转换级510与混合器电路系统300-1的无源(电阻)网络310'相同，并且省略重复的描述。当然，可以使用本文所公开的任何无源网络，并且也可以使用用于将第一输入电压信号VINP和第二输入电压信号VINM转换成第一输入电流信号和第二输入电流信号的任何其他电路系统。此外，混合器电路系统500可以基于差分输入电流信号操作，并且因此在混合器电路系统500的一些实现方式中可以不包括电压至电流转换级510。

第一子级混合信号的四个相位正交。例如，第一子级混合信号的四个相位A、B、C和D的相位分别为0度、90度、180度和270度。类似地，第二子级混合信号的四个相位正交。例如，第二子级混合信号的四个相位A、B、C和D的相位分别为0度、90度、180度和270度。应当理解，理论上其他相位也是可能的(例如，A、B、C和D分别可以是5度、95度、185度和275度)。

第一混合器子级530的第一阵列531的下游节点和第一混合器子级530的第二阵列532的下游节点沿着如下电流路径连接至输出电流节点571和电流节点572：所述电流路径被布置成穿过第二混合器子级560的阵列561的开关和第二混合器子级560的阵列562的开关使得分别在第一输出电流节点571和第二输出电流节点572处提供第一输出电流信号和第二输出电流信号。特别地，在第一混合器子级530与第二混合器子级560之间以及在第二混合器子级560与输出电流节点571和输出电流节点572之间，使承载具有相同相位的信号的电流路径连接叠加在一起以分别在第一输出电流节点571和第二输出电流节点572处提供第一输出电流信号和第二输出电流信号。

例如，考虑电流路径531D，在下游节点531D

作为另一示例，考虑电流路径532C，在下游节点532C

作为又一示例，考虑电流路径561A，在下游节点561A

应当理解，第一混合器子级530的第一阵列531的下游节点和第一混合器子级530的第二阵列532的下游节点连接至输出电流节点571和572，使得从第一阵列531的下游节点起的电流路径分别与从第二阵列532的下游节点起的电流路径叠加。此外，应当理解，第一混合器子级530的第一阵列531的下游节点和第一混合器子级530的第二阵列532的下游节点连接至输出电流节点571和572，使得从第一混合器子级530的与由第一子级混合信号的相反相位(例如，A和C，或B和D)控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。此外，应当理解，第二混合器子级560的阵列561的下游节点和第二混合器子级560的阵列562的下游节点连接至输出电流节点571和572，使得从第二混合器子级560的与由第二子级混合信号的相反相位(例如，A和C，或B和D)控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。

技术人员将认识到图12中的电流路径的组合产生了平衡(例如，双平衡)拓扑或架构，其中电流在节点处组合以适当地具有来自第一子级混合信号和/或第二子级混合信号的相反相位以及当然还来自第一输入电压信号VINP和第二输入电压信号VINM(这两者也具有相反相位)两者的贡献(例如，通过链或泄漏)。有效地，在输出处消除了输入信号(第一子级混合信号、第二子级混合信号以及输入电压信号)的频率下的不期望分量。实际上，鉴于与第一子级混合信号、第二子级混合信号和输入电压信号中的每一个有关的平衡，图12的拓扑可以被称为三平衡。

应当理解，第二混合器子级560的阵列561的下游节点和第二混合器子级560的阵列562的下游节点连接至输出电流节点571和572，使得从第二混合器子级560的与分别由第二子级时钟信号的Y个(四个)相位控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。即，第一输出电流信号和第二输出电流信号每个均具有来自第二子级混合信号的所有Y个(四个)相位的贡献。此外，从图12明显的是，第一输出电流信号和第二输出电流信号每个均具有来自第一子级混合信号的所有X个(四个)相位的贡献。因此，平衡涉及第一子级混合信号、第二子级混合信号和输入电压信号的所有相位。

组成第一子级混合信号和第二子级混合信号的相位的时间交错信号可以由压控振荡器(VCO)即本地振荡器生成。图12的左侧可以被称为“正轨”，并且图12的右侧可以被称为“负轨”。

图13和图14是用于理解混合器电路系统500的曲线图。图13和图14中的曲线图示出了差分输入电压信号(标记为VIN)、在电流路径汇合的节点处从第一混合器子级530输出的混合电流信号之一即输入至第二混合器子级560的电流信号之一(标记为IOUT_RF)、在电流路径汇合的节点处从第二混合器子级560输出的混合电流信号之一即节点571或节点572处的电流信号(标记为IOUT_IF)、以及在第一电压输出节点581与第二电压输出节点582之间输出的差分电压输出信号，这些信号中的每个信号均相对于时间。图13和图14中的曲线图示出了相同的信号，但是图14示出了较小时间范围内的信号以得到更多信息。执行仿真以获得图13和图14中的曲线图。仿真是以16纳米FinFet技术完成的。在该仿真中，将载波频率为40GHz的RF AM(幅度调制)信号用作输入信号VIN，该信号承载功率为-8dBm的100MHz基带单音信号(在该仿真中使用100％调制)。仿真示出，针对混合器电路系统500实现约5.5dB的转换增益。

混合器电路系统500可以仅使用第一子级混合信号和第二子级混合信号的两个相位A和C工作。然而，四个相位A至D用于增加混合器的转换增益。此外，尽管在混合器电路系统500中使用了四个相位(X＝Y＝4)，但是该技术可以推广到n相解决方案(其中，整数n≥2)。即，在类似的混合器电路系统中可以使用其他数目的相位。

图15是实施本发明的混合器电路系统的第二示例布置的修改例600的示意图。

混合器电路系统600是差分混合器电路系统并且具有与混合器电路系统500类似的结构。混合器电路系统600中的与混合器电路系统500中的元件相对应的元件被给予相似的附图标记(但是以600而不是500开始)，并且省略重复的描述。混合器电路系统600与混合器电路系统500之间的区别在于，混合器电路系统600使用第一子级混合信号的八个相位A至H以及第二子级混合信号的八个相位A至H。

因此，第一混合器子级630的第一阵列631和第二阵列632以及第二混合器子级660的第一阵列661和第二阵列662各自包括八个开关、八个上游节点和八个下游节点，即X＝8且Y＝8。相应的八个相位A至H间隔45度。例如，八个相位A至H分别为0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度。混合器电路系统600(在第一操作模式下)的操作与混合器电路系统500的操作的相似之处在于，在第一混合子级630与第二混合子级660之间以及再次在第二混合子级660与第一输出电流节点671和第二输出电流节点672之间承载具有相同相位的信号的电流路径如何叠加在一起。

从图15可以看到具体的组合，其形成了与之前类似的平衡(即，如上面提及的三平衡)拓扑。类似于混合器电路系统500，参见图15将理解以下内容。从第一阵列631的下游节点起的电流路径分别与从第二阵列632的下游节点起的电流路径叠加。从第一混合器子级630的与由第一子级混合信号的相反相位(例如，A和E、B和F、C和G或D和H)控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。从第二混合器子级660的与由第二子级混合信号的相反相位(例如，A和E、B和F、C和G或D和H)控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。从第二混合器子级660的与分别由第二子级时钟信号的八个(Y＝8)相位控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起，即，第一输出电流信号和第二输出电流信号每个均具有来自第二子级混合信号的所有八个(Y＝8)相位的贡献。此外，第一输出电流信号和第二输出电流信号每个均具有来自第一子级混合信号的所有八个(X＝8)相位的贡献。因此，应当理解，与结合混合器电路系统500说明的类似考虑适用于混合器电路系统600。

图16是实施本发明的混合器电路系统的第二示例布置的另一修改例700的示意图。

混合器电路系统700是差分混合器电路系统并且具有与混合器电路系统500类似的结构。混合器电路系统700中的与混合器电路系统500中的元件相对应的元件被给予相似的附图标记(但是以700而不是500开始)，并且省略重复的描述。混合器电路系统700与混合器电路系统500之间的区别在于，混合器电路系统700被配置成提供正交的第一输出电流信号至第四输出电流信号以及正交的对应第一输出电压信号至第四输出电压信号(即，具有0度、90度、180度和270度的相位)。

混合器电路系统700包括用于分别输出第一输出电流信号至第四输出电流信号的第一输出电流节点至第四输出电流节点771、772、773和774以及用于分别输出第一输出电压信号至第四输出电压信号的第一输出电压节点至第四输出电压节点781、782、783和784。第一输出电压节点781和第二输出电压节点782被配置成输出具有彼此相反的相位(例如，0度和180度)的第一输出电压信号和第二输出电压信号，并且第一输出电压信号和第二输出电压信号限定第一差分输出电压信号(图16中的V

混合器电路系统700与混合器电路系统500之间的另一区别在于，混合器电路系统700在第二混合子级760中包括四个阵列761、762、763和764，而不是混合器电路系统500中的第二混合子级560中的两个阵列561和562。混合器电路系统700与混合器电路系统500之间的另一区别在于，混合器电路系统700包括第一电阻器至第四电阻器791、792、793和794。尽管未示出，但是混合器电路系统700可以包括与混合器电路系统500中的电流至电压转换级590的第一电容595和第二电容596以及第一电流源593和第二电流源594类似的第一电容至第四电容以及第一电流源至第四电流源作为电流至电压转换级790的一部分。

混合器电路系统700(在第一操作模式下)的操作与混合器电路系统500的操作的相似之处在于，在第一混合子级730与第二混合子级760之间以及再次在第二混合子级760与第一输出电流节点771至第四输出电流节点774之间承载具有相同相位的信号的电流路径如何叠加在一起。

从图16可以看到具体的组合，其形成了与之前类似的平衡(即，如上面提及的三平衡)拓扑。类似于混合器电路系统500，参见图16将理解以下内容。从第一阵列731的下游节点起的电流路径分别与从第二阵列732的下游节点起的电流路径叠加。从第一混合器子级730的与由第一子级混合信号的相反相位(例如，A和C或B和D)控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。从第二混合器子级760的与由第二子级混合信号的相反相位(例如，A和C或B和D)控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起。从第二混合器子级760的与分别由第二子级时钟信号的四个(Y＝4)相位控制的开关连接的下游节点起的电流路径叠加在一起，即，第一输出电流信号至第四输出电流信号每个均具有来自第二子级混合信号的所有四个(Y＝4)相位的贡献。此外，第一输出电流信号至第四输出电流信号每个均具有来自第一子级混合信号的所有四个(X＝4)相位的贡献。因此，应当理解，与结合混合器电路系统500说明的类似考虑适用于混合器电路系统700。

图17和图18是用于理解混合器电路系统700的曲线图。图17和图18中的曲线图示出了差分输入电压信号(标记为VIN(I+Q))、在电流路径汇合的节点处从第一混合器子级730输出的混合电流信号之一即输入至第二混合器子级760且对应于“I”输出信号的电流信号之一(标记为IOUT_RF_I)、在电流路径汇合的节点处从第一混合器子级730输出的混合电流信号之一即输入至第二混合器子级760且对应于“Q”输出信号的电流信号之一(标记为IOUT_RF_Q)、节点771或772处的混合电流信号(标记为IOUT_IF_I)、节点773或774处的混合电流信号(标记为IOUT_IF_Q)、在第一电压输出节点781与第二电压输出节点782之间输出的差分电压输出信号(标记为VOUTI)、以及第三电压输出节点783与第四电压输出节点784之间输出的差分电压输出信号(标记为VOUTQ)，这些信号中的每个信号相对于时间。图17和图18中的曲线图示出了相同的信号，但是图18示出了较小时间范围内的信号以得到更多信息。

除了使用混合器电路系统700之外，执行与被执行以获得图13和图14中的曲线图的仿真类似的仿真以获得图17和图18中的曲线图。在仿真中，使用与在被执行以获得图13和图14中的曲线图的仿真中使用的输入信号和混合信号相同的输入信号和混合信号，除了对于图17和图18中的曲线图输入信号具有均用其对应的基带音调信号调制的两个载波之外。即，在仿真中，混合器电路系统700被向下转换(即，变为较低频率)并且检测到“I通道”上(即，输出信号VOUTI中)100MHz的和“Q通道”上(即，输出信号VOUTQ中)110MHz的两个单音。

图19是用于理解混合器电路系统500、600和700的示意图。在图10中，考虑电路系统500S，其对应于混合器电路系统500的一部分。电路系统500S的与混合器电路系统500的元件相对应的元件被赋予与混合器电路系统500的元件相同的附图标记，但是向其末尾附加S。当然，电路系统500S也表示混合器电路系统600和700，并且以下考虑适用于混合器电路系统500、600和700。

输入电流(即，输入电流信号)是通过从每个输入电压节点501和502(在图19中考虑了501S)分别看到的“输入阻抗”Z

I

其中，R

V

根据式17，可以将所提议的混合器架构的转换增益计算为：

G

图20是实施本发明的混合器电路系统的第二示例布置的另一修例800。混合器电路系统800是差分混合器电路系统。除了代替用于控制第二混合器子级860的开关的Y相信号而由二进制信号控制这些开关之外，混合器电路系统800与混合器电路系统500相同。因此，混合器电路系统800示出了混合器电路系统500的第二操作模式。

除了用于控制第二混合器子级860的开关的二进制信号之外，混合器电路系统800的操作与混合器电路系统500的操作相同，并且省略重复的描述。通过使用二进制信号控制第二混合器子级860的开关，混合器电路系统500可以被转换成混合器电路系统800，混合器电路系统800实际仅使用一个混频级即第一混合子级，当以这种方式操作时，混合器电路系统可以被称为“直接”混合器电路系统。在图20中，第二混合器子级860的每个开关的栅极旁边是“1”或“0”。“1”指示控制该开关的二进制信号(例如，逻辑高，例如VDD)正在控制该开关“关断”，即，不允许电流流过该开关。“0”指示控制该开关的二进制信号(例如，逻辑低，例如GND)正在控制该开关“导通”，即，允许电流流过该开关。以这种方式控制第二混合器子级860的开关，使得每个开关在第二操作模式下总是导通或关断。从图20应当理解，在第一输出节点871和第二输出节点872处提供具有相反相位的第一输出电流信号和第二输出电流信号。

应当理解，可以以操作混合器电路系统800的方式(通过使用二进制信号来控制第二混合子级的开关)来操作任何混合器电路系统500、600或700。即，混合器电路系统500、600或700中的任何一个都可以根据第一操作模式操作(由此第二混合子级的开关由第二子级混合信号的相位控制以实现混频，如以上参照图12、图15和图16所描述的)或根据第二操作模式(由此第二混合子级的开关由二进制信号控制以实际上将混合器电路系统转换成“直接”混合器)操作。这适用于本申请中考虑的混合器电路系统的第二示例布置的其他实现方式/修改例。当然，将这样的二进制信号施加至第一混合子级而不是第二混合子级也是可能的。

第二操作模式的优点在于，由于只存在一个“混合级”(在该“混合级”中执行混频)，因此转换增益增加至式7中计算的转换增益。混合器电路系统能够以两个混合级(第一操作模式)或一个混合级(第二操作模式)操作以适应不同情况是有利的。第一操作模式的优点在于，由于输入频率降低了两倍(即，通过两个混合器子级)，因此在对可用混合信号进行限制的情况下，第一混合频率和第二混合频率可以低于单个混合信号的频率。在一些场景下，对于第二操作模式可能难以或不希望生成具有足够高频率的时钟信号。

尽管已经描述了根据第二示例布置及其修改例的混合器电路系统在第一混合器子级的每个阵列和第二混合器子级的每个阵列中具有特定数目的开关(即，数量X和Y)，但是存在许多X和Y具有不同数目的其他示例实现方式。

简言之，作为示例，存在的第一组示例实现方式是X＝4且Y＝2的示例实现方式，以及许多其他实现方式，包括X和Y都大于八的实现方式。此外，在所描述的示例和修改例中，第二混合器子级中具有两个(或者在正交输出信号的情况下有四个)阵列。存在在第二混合器子级中具有多于两个阵列的许多其他示例实现方式。简言之，作为示例，存在的第二组示例实现方式是如下示例实现方式：X＝4，Y＝2并且第二混合器子级包括四个所述开关阵列的示例实现方式；X＝2，Y＝4并且第二混合器子级包括两个所述开关阵列的示例实现方式；X＝4，Y＝4并且第二混合器子级包括两个所述开关阵列的示例实现方式；以及当然许多其他示例实现方式例如X和Y大于八的那些示例实现方式。第二组示例实现方式特别适合于提供正交的输出信号，但是当然它们可以用于提供单个差分输出信号而不是两个差分输出信号(I和Q)。

图21和图22是用于理解混合器电路系统800(即，用于理解第二操作模式)的曲线图。图21和图22中的曲线图示出了差分输入电压信号(标记为VIN)、在电流路径汇合的节点处从第一混合器子级830输出的混合电流信号之一即输入至第二混合器子级860的电流信号之一(标记为IOUT_RF)、在节点871或872处从第二混合器子级860输出的混合电流信号(标记为IOUT_IF)以及在第一电压输出节点881与第二电压输出节点882之间输出的差分电压输出信号(标记为VOUT)，这些信号中的每个信号均相对于时间。图21和图22中的曲线图示出了相同的信号，但是图22示出了较小时间范围内的信号用以得到更多信息。

除了使用混合器电路系统800(即第二操作模式)之外，执行与被执行以获得图13和图14中的曲线图的仿真类似的仿真以获得图21和图22中的曲线图。此外，使用的输入频率是20GHz，并且第一混合频率(并且实际上在这种情况下是唯一的混合频率)也是20GHz。如在图21和图22中看到的，混合器电路系统800的转换增益约为7.1dB，这比在对混合器电路系统500进行的仿真中的转换高1.6dB，对混合器电路系统500进行的仿真的结果在图13和图14中示出。

如以上所讨论的，由于在混合器电路系统800中仅具有通过混合信号控制的一个混合器子级，因此输出电压中(即，在与式17等价的但针对混合器电路系统800的式中)仅存在一个2/π因子。因此，800的增益应该比混合器电路系统500的增益高3.9dB(＝20×log10(π/2))。然而，仿真结果(即，图21和图22中的曲线图)示出了比混合器电路系统500的增益高约1.6dB的增益。丢失的增益(即3.9dB–1.6dB)是由于以下事实：在混合器电路系统800的第二混合器子级860的下游节点处输出的电流被相加一起，而这些电流不具有相反的相位。例如，在输出节点871处，具有相位A的电流与具有相位B的电流相加在一起，这些电流彼此异相90度。混合器电路系统800的增益仍然高于混合器电路系统500的增益(即，高1.6dB)。

图23是实施本发明的混合器电路系统900的示意图。

混合器电路系统900是差分混合器电路系统，并且包括RF混合器930、VCO 923、IF混合器960、模拟至数字转换器(ADC)924、基带数字电路系统925和校准电路系统926。RF混合器930对应于混合器电路系统500、600、700和800中的第一混合器子级，并且IF混合器960对应于混合器电路系统500、600、700和800中的第二混合器子级，并且它们的操作在上面进行了描述。当然，在每个级处使用的信号的频率不限于例如RF、IF和基带。

VCO 923被配置成生成第一子级混合信号(以及尽管未示出，但是在第一操作模式下采用的第二子级混合信号)的相位。RF混合器930接收具有输入频率的RF模拟差分输入电流信号I

在该示例中，ADC 924是基带ADC，并且被配置成将来自IF混合器960的基带模拟输出电流信号转换成数字信号(这可能是高度并行的，其中ADC 924使用多个子ADC单元)并将该数字信号发送至基带数字电路系统925。基带数字电路系统925执行数字(例如，并行到串行)处理并输出基带数字输出信号。校准电路系统926可以对由ADC 924和/或基带数字电路系统925输出的数字信号进行分析，并基于该分析如所指示的来校准任何其他单元的操作。

当然，RF模拟差分输入电流信号I

有利地，混合器电路系统900具有与EP2211468的图9中公开的电路系统类似的结构，本文所公开的电路系统混合级的相似性也扩展至EP2211468的图10，并且因此该电路系统可以被修改以用作混合器电路系统900。因此，可以在混合器电路系统900中享有EP2211468中描述的速度和校准益处。

出于以下原因，混合器电路系统500至900特别适于窄带RF应用。至少当根据第一操作模式操作时，在混合器电路系统500、600、700和900中(在第一混合器子级和第二混合器子级处)存在两个混合级。因此，如以上所描述的，为了将输入信号从RF转换到基带，混合频率不需要像只存在一个混合级的情况那样高。此外，无源网络可以被调谐用于在感兴趣的窄带频率下(例如，在50Ω处)的阻抗匹配并且还可以被配置用于噪声滤波。

特别地参见图23，存在将RF模拟差分输入电流信号直接馈送至ADC 924的方法，然而，这需要超宽带ADC来直接处理RF输入。因此，本发明提供了一种方法，通过该方法可以采用基带ADC(使得ADC可以消耗较少功率、具有较高分辨率并且更容易制造)并且可以对以上描述的无源网络进行调谐以滤除不期望频率分量以产生低噪声输出。

返回至图11，应当理解，提升网络440和440'中的一者或两者可以被添加至混合器电路系统500、600、700、800和900以及如上所描述的混合器电路系统300、300-1或300-2中的任一混合器电路系统。即，电压至电流转换级410、混合级450和电流至电压级490可以对应于混合器电路系统500、600、700、800和900的对应级。应当理解，在混合器电路系统700的情况下，可以在输出电流节点771至774之间提供两个提升网络440'和440”，提升网络440'连接在第一输出电流节点771与第二输出电流节点772之间，并且提升网络440”连接在第三输出电流节点773与第四输出电流节点774之间。此外，可以在承载具有相反相位(即，反相)的电流信号的电流路径对之间添加额外的提升网络，例如，在混合器电路系统500、600、700、800和900中的任一混合器电路系统中的第一子混合器级与第二子混合器级之间添加额外的提升网络。

如上面提及的，混合器电路系统300、300-1、300-2、300-3、400、500、600、700、800、900的开关在附图中被示出为PMOS晶体管。第一混合器子级的阵列的上游节点是第一混合器子级的阵列的各个开关的源极端子，并且第一混合器子级的阵列的下游节点是第一混合器子级的阵列的各个开关的漏极端子。第二混合器子级的阵列的上游节点是第二混合器子级的阵列的各个开关的源极端子，并且第一混合器子级的阵列的下游节点是第二混合器子级的阵列的各个开关的漏极端子。当然，这些开关可以用合适的混合器件例如BJT晶体管来代替。此外，可以使用N沟道器件代替P沟道器件，即，通过为电路系统提供“其他方式”。

电流至电压转换级390、490、590、690、790或890不是必需的，并且替代地本文所公开的任何相关联的混合器电路系统可以提供基于电流的输出。此外，电流至电压转换级390、490、590、690、790或890可以包括适于将电流信号转换成电压信号的任何电路系统并且不限于附图中示出的电路系统。

如参照混合器电路系统500所描述的，在混合器电路系统600、700、800或900中，可以使用本文所公开的任何无源网络，并且还可以使用用于将第一输入电压信号VINP和第二输入电压信号VINP转换成第一输入电流信号和第二输入电流信号的任何其他电路系统。此外，混合器电路系统600、700、800或900可以基于差分输入电流信号进行操作，并且因此可以在混合器电路系统600、700、800或900中不包括相关联的电压至电流转换级。

应当理解，标签例如RF、IF和LO仅是示例并且使用这样的标签标记的信号的频率不受限制。即，例如，输入电压信号V

应当理解，可以将混合器电路系统300、300-1、300-2、300-3、400、500、600、700、800、900与混合信号电路系统例如ADC电路系统(或者，在一些布置中，DAC电路系统)一起提供，该ADC电路系统可以被实现为电流模式电路系统(例如，如EP2211468中关于其图9和图10所描述的)。如图24A中示出的，例如，本文所公开的混合器电路系统300、300-1、300-2、300-3、400、500、600、700、800、900可以与ADC电路系统1一起提供或者作为ADC电路系统1的一部分提供。

例如，本发明的电路系统可以实现为在诸如倒装芯片的IC芯片上的集成电路系统。图24B是包括ADC电路系统1的集成电路2的示意图。还可以提供包括混合器电路系统300、300-1、300-2、300-3、400、500、600、700、800、900的集成电路。

本发明扩展至如上面提及的集成电路系统和IC芯片、包括这样的IC芯片的电路板以及通信网络(例如，因特网光纤网络和无线网络)和这样的网络的网络设备，该网络设备包括这样的电路板。本发明的电路系统也可以用设置在电路板上的分立部件来实现。本发明的电路系统可以(作为独立电路)单独实现或与其他电路系统一起实现。

在以上方法各方面的任何方面中(例如，第一操作模式与第二操作模式之间的操作变化)，各种特征适当地可以以硬件实现或者被实现为在一个或更多个处理器上运行的软件模块。一个方面的特征可以适用于任何其他方面。

本发明还提供了用于执行本文所描述的任何方法的计算机程序或计算机程序产品，以及其上存储有用于执行本文所描述的任何方法的程序的计算机可读介质。实施本发明的计算机程序可以被存储在计算机可读介质上，或者其可以李如意是信号的形式，例如，从因特网的网站提供的可下载的数据信号，或者其可以是任何其他形式。

可以在如本文所公开的本发明的主旨和范围内提供另外的实施方式。