27. Пассивный двубалансный смеситель на кмоп. Функция смешивания m(t) и эквивалентная проводимость gT(t) для различных сигналов.

До сих пор мы рассматривали только активные смесители, которые нуждаются в линейных конвертерах. Однако пассивные смесители имеют некоторые привлекательные свойства, возможность маломощной работы.

Альтернативой, позволяющей избежать проблемы с V-I конверсией, является прямое использование RF сигнала. Для этого предпочтительней использовать КМОП транзисторы, чем биполярные, вот почему смесители на биполярных транзисторах всегда делают активными, токового типа.

Простейшая схема пассивного смесителя состоит из четырех транзисторов-ключей в мостовой структуре (рис. 6.23). Эти четыре транзистора включены по парам. Транзисторы М1 и М4 управляются сигналом LO, в то время как транзисторы М2 и М3 управляются инверсным сигналом LO. Каждая пара осуществляет функцию соединения порта входного сигнала RF c выходным портом IF смесителя. Различие между парами состоит в том, что они соединяют порты RF и IF с различной полярностью. Когда М1 и М4 открыты, IF порт соединяется с положительной полярностью RF порта, а когда открыты М2 и М3, IF порт соединен с отрицательной полярностью RF порта.

Обычно сигнал LO является прямоугольным периодическим сигналом (рис. 6.24a) или синусоидальным с некоторым DC смещением, которое будем обозначать как (рис. 6.24b,c,d). На рис. 6.24.b показан сигнал с =, где- это пороговое напряжение

Рис. 6.23 Пассивный двухбалансный смеситель

Рис 6.24 Варианты LOсигнала:a)-прямоугольный сигнал;b)-синус сBlo=Uth;c)-синус сBlo<Uth;d)-синус сBlo<Uth

транзистора; на рис. 6.24.с - сигнал с <; на рис. 6.24.d - сигнал с >.

В схеме (рис.6.23) транзисторы выполняют функции переменных проводимостей, величины которых зависят от управляющих сигналов LO и NLO, поэтому эквивалентная схема смесителя показана на рис. 6.25. На этой схеме транзисторы M1 и М4 заменены на переменную проводимость g(t), а транзисторы М2 и М3 на такую же проводимость, только сдвинутую по времени на половину периода сигнала LO. На схеме эти проводимости обозначаются как .

(a) (b)

Рис. 6.25 (а)-эквивалентная схема пассивного смесителя (b)-ее упрощение

Преобразуем полученную схему к еще более простому виду (рис.6.25b). В этой схеме проводимость в цепи равна:

, (6.22)

A напряжение источника равно:

(6.23)

Это выражение показывает, как осуществляется преобразование частоты. Нагляднее всего это видно когда LO представляет собой прямоугольный сигнал. Тогда функция смешивания является прямоугольной волной с нулевойDC составляющей и амплитудой, равной единице, а выходное напряжение есть произведение функции смешивания и входного сигнала.

На рис. 6.26 приведены идля четырех различных случаев. Функциииобладают важными свойствами. Функция смешиванияне имеетDC составляющую, она периодична, с периодом , имеет полуволновую симметрию и состоит только из нечетных гармоник (, гдеn-это нечетное целое число). Проводимость имеетDC составляющую и период равный .