超低功耗CMOS混频器：衬底偏置与电流复用技术

"基于衬底偏置的超低耗电流复用混频器是2013年发表的一篇关于微电子技术的科研论文，主要探讨了如何在SMIC的0.18微米1P6M CMOS工艺平台上设计一个在0.6V超低电源电压下工作的混频器。该设计采用了自偏置的互补跨导结构，结合开关级的折叠结构，有效降低了电源电压需求。此外，通过为所有MOS管的衬底施加固定偏置电压，减小了MOS管的阈值电压，实现了超低电压和超低功耗的目标。同时，电流复用技术的运用提升了电路的噪声性能，增加了转换增益和线性度。混频器的核心电路尺寸仅为460微米×400微米，仿真结果显示，当射频、本振和中频信号分别为1575 MHz、1400 MHz和175 MHz时，混频器的转换增益达到6.1 dB，双边带噪声系数为14 dB，输入1 dB压缩点为-16.67 dBm，且在0.6V电源电压下，功耗仅为0.76 mW，具备在航空航天领域电子系统中的应用潜力。" 这篇论文详细介绍了设计一个超低功耗混频器的关键技术。首先，采用自偏置的互补跨导结构，这种结构能有效地将跨导级与开关级相结合，形成折叠结构，从而降低所需的电源电压。折叠结构有助于提高电路效率，减少能量消耗。其次，通过在MOS管的衬底上施加固定偏置电压，可以改变MOS管的工作特性，降低其阈值电压，这是实现超低电压设计的关键步骤。阈值电压的降低意味着在更低的电源电压下，MOS管仍能保持良好的开关性能，从而减少整体功耗。 电流复用技术的应用是另一个关键创新点，它通过复用部分电流，减少了不必要的功率损耗，同时改善了电路的噪声性能。噪声性能的优化对于接收机来说至关重要，因为它直接影响到信号的信噪比，进而影响到信号处理的精度和质量。此外，电流复用还有助于提高混频器的转换增益和线性度，这对于信号的放大和频率转换过程至关重要。 最后，论文中提到的混频器在特定条件下，如射频1575 MHz、本振1400 MHz、中频175 MHz时，表现出优良的性能指标，转换增益6.1 dB意味着信号经过混频器后被有效放大，而双边带噪声系数14 dB表明了电路的噪声水平较低。输入1 dB压缩点-16.67 dBm则意味着在该功率水平下，混频器的非线性效应开始显现。在如此低的电源电压下，0.76 mW的功耗显得非常高效，符合航空航天领域对低功耗、高性能电子设备的需求。 这篇论文提供的是一种创新的超低功耗混频器设计方案，利用了先进的工艺技术、电路设计策略以及电流复用技术，为实现高效、低功耗的射频接收机提供了重要的参考。