ISM 頻段射頻降頻混合器的 VLSI 設計
但是，Gilbert 混合器的原始乘法器原理針對的是射頻和 LO 輸入信號都是正弦
信號。因此，在解釋 Gilbert 混合器的原理時，假設 LO 的小信號。 現今使用
的混合器中，LO 信號足夠大，以使 LO 級晶體管在 LO 頻率上交替地將整個尾
電流從一側分流到另一側。這等效於使用 LO 頻率的方波調變射頻信號。儘管
方波引入了許多奇次諧波，但不需要的諧波將通過中頻濾波器濾除。
混合器設計中使用的方法論
本文基於下降頻混合器的設計。主要電路由根據 Gilbert 混合器的結構連接的 N
型金氧半場效電晶體組成。設計記憶部分和標籤部分所需的電路是使用支持
0.18 微米 CMOS 技術的 Tanner 工具設計的。混合器有兩種類型，被動型和主
動型。通常，被動型的轉換損耗較高，因此噪聲指數也較高，而主動型混合器
則更低。此外，還有單平衡混合器和雙平衡混合器。單平衡混合器要複雜得
多，但在 RF 到 IF 和 LO 到 IF 的抑制方面性能較差，與雙平衡混合器相比。在
射頻集成電路設計中，最常用的主動雙平衡混合器拓撲結構是 Gilbert Cell 混合
器，其電路如圖 4 所示。這種混合器利用對稱性通過消除來移除 IF 中不需要的
射頻和 LO 輸出信號。
混合器操作
為了正確操作，這些器件不應被推入飽和狀態，因此信號應顯著小於本地振盪
器信號。M5 到 M8 形成一個乘法功能，將 M3 和 M4 的線性射頻信號電流與
LO 信號（3.15 GHz，2 伏）相乘，通過應用於 M5 到 M8 之間的變壓器提供開
關功能。M3 和 M4 提供+/-射頻電流，M5 和 M7 在它們之間切換，將射頻信
號或反向射頻信號提供給左側負載。M6 和 M8 在它們之間切換以供應右側負
載。兩個負載電感和電容形成電流到電壓轉換，提供差分輸出的中頻信號。兩
個諧振電路的正確值使所需的中頻信號得到增強。通過耦合電容器將負載上的
這個中頻信號耦合到變壓器上，相對於地面提供 700 MHz 的中頻信號。M1 和
M2 用作尾電流偏壓，以實現正確的開關動作。在這個混合器電路中，上側帶
隨著載波一起被去除，因此輸出是抑制載波的單邊帶信號。通過選擇合適的耦
合電容器值，可以適當地過濾這個電路的第三次諧波
(左)Input Output frequency spectrum in dB (rms)
輸入輸出頻譜的分貝（rms）
(右) MIXER SPECIFICATION
混合器規格