Преобразователя частоты на МОП-транзисторах

На рис. П2.8 изображена принципиальная схема смесителя на МОП – транзисторах с результатами компьютерного моделирования его работы на постоянном токе, полученными при использованием пакета ORCAD16. Напряжение питания составляет 2, 5в.

Базовая ячейка Б.Джильберта выполнена на транзисторном квартете М1, М2, М4 и М5. На неё подается напряжение гетеродина с амплитудой U_гm порядка 0, 35в. Указанная ячейка запитывается от дифференциального каскада (ДК) с токозадающим транзистором на МОП – транзисторах М3, М6 и М7. Токозадающий транзистор М7 и транзистор М8 в диодном включении образуют токовое зеркало, которое задает ток, равный 1мА. Напряжение сигнала должно быть подано на затворы ДК.

Рис.П2.8

Предполагается, что все МОП – транзистора имеют канал п – типа и реализуются по 0, 35мкм КМОП технологии. Полная спецификация параметров таких транзисторов при использовании BSIM модели имеет вид:

MODEL M1 NMOS (LEVEL = 8L=0.4 U W=U RSH=2IS =0JS=20U PB=690M PBSW=690 CJ=930U CJSW=280P MJ=310M MJSW=190M FC=0 CGSO=112P CGDO=112P CGBO=110P KF=2.810000E-027 AF=1.4 CAPMOD=2 VERSION=3.1 VTHO=465.5M K1=604.4M K2=2.945M K3= -1.72 K3B=632.5M W0=118.4N NLX=191.8ND VT0=22.27 DVT1=1.051 DVT2=3.393M DVT1W=0 DVT2W=0 U0=403.5 UA=1P UB=0.001723F UC=57.56P VSAT=117.8K A0=2.208 AGS =249M

BO=-17.6N KETA= -621U RDSW=604.3 WINT=26.76 LINT= -16.7N VOFF=-57.2M NFACTOR=111.9M ETA0=30.85M ETAB=-39.5M DSUB=500M CIT=1M CDSC=0 CDSCD=84.48U PCLM= 683.1M PDIBLC1=107.6M PDIBLC2=1.453M PDIBLCB=258.3M DROUN=500M PSCBE1=275.6MEG PSCBE2=9.645U XPFRT=1 CGSL=135P CGDL=135P CF=0 CLC=1F DLC=29N DWC=26.76N UTE= -1.8 KT1= -330M UA1=0 UB1=0 UC1=0 TOX=7.7N XJ=300N NCH=2.310000E+017), где значение параметра W – ширина канала задается с учетом длины канала L следующим образом:

· для транзисторов М1, М2, М4 и М5 ширина канала w=1мкм при длине канала L =0, 4 мкм;

· для транзисторов М3 и М6 ширина канала w=2мкм при длине канала L =0, 4 мкм;

· для транзисторов М7 и М8 ширина канала w=4 мкм

при длине канала L =0, 4 мкм.

Пороговое напряжение транзисторов U_о составляет 0, 465 в.

На рис.П2.9 приведен спектр выходного колебания, который соответствует разностной частоте при частоте входного сигнала 100МГц и амплитуде 10мв и при частоте гетеродина 100, 4 МГц и амплитуде 300мВ. Спектр выходного колебания смесителя содержит две составляющие: составляющую с разностной частотой и составляющую, обусловленную разностью третьих гармоник гетеродина и сигнала, на частоте 1, 2 МГц. Амплитуда сигнала разностной частоты составила 138 мВ. Таким образом, коэффициент преобразования равен 22, 9дБ.

Рис.П2.9

Экспериментальная зависимость коэффициента преобразования смесителя от частоты приведена в таблице П2.1.

Таблица П2.1

Оценим расчётное значение коэффициента преобразования в такой схеме ПЧ. Поскольку выходное напряжение на промежуточной частоте снимается с дифференциального выхода, то коэффициент преобразования по сравнению с (П2.8) увеличивается в два раза:

, где R_H = 2700 Ом.

В данной схеме , поскольку постоянный ток стока в рабочей точке транзистора М3 равен 0, 45 мА.

Тогда , что составляет 24дБ, что неплохо соответствует экспериментальным результатам.