¿Cómo amplificar la señal de RF a un nivel suficientemente alto para un mezclador de conversión descendente CMOS?

Aquí hay un esquema de un circuito mezclador CMOS típico:

Eselmezcladorclásicode"Gilbert".

Aunque no está claro en esta imagen, el NMOS inferior es solo para sesgar, Puedes verlo como una fuente de corriente DC. Eso hace que la mitad inferior de este circuito sea idéntica a un par diferencial estándar.

Las entradas de este par diferencial están conectadas a las salidas del LNA, por lo que este par diferencial simplemente convierte la señal de RF (voltaje) en una señal de corriente.

Esa corriente (que contiene la señal de RF) se alimenta luego a la parte "comercial" superior del mezclador, la conmutación real ocurre aquí. Para eso, esos 4 NMOS en una fila deben estar encendidos / apagados correctamente. Por lo tanto, la señal LO debe ser lo suficientemente grande. ¿Necesitamos 700 mV (como usted reclama), en el orden de Vt para eso?

No, no lo hacemos! Siempre que los transistores de conmutación cambien "lo suficiente", obtendremos una señal de salida IF. Si los NMOS de conmutación tienen un W / L suficientemente grande, entonces incluso una señal LO de 200 mV podría ser todo lo que necesitamos.

Lo que importa es la diferencia en Vgs para cada par de NMOS. Siempre que un NMOS tenga un Vgs más grande que el otro NMOS y la diferencia sea tal que la corriente de la parte de RF de abajo elige un NMOS sobre el otro, entonces el mezclador se "mezclará".

Este es el mismo principio que al aplicar una polarización a un transistor en un circuito amplificador, al aplicar una polarización superamos la "zona muerta" Vt (700 mV) del NMOS, por lo que no es un problema.

El mezclador es accionado por un oscilador local. El nivel es (digamos + 7dBm).

Nunca es -65dBm.

El RF que se está cambiando es -65dBm. No hace nada, solo pasa por los interruptores del mezclador. En el tipo básico y mejor, un mezclador es interruptores.

Piensa en los relés. El oscilador local energiza la bobina y debe ser de 12V. La RF pasa a través de los contactos y puede ser de cualquier nivel.

Puede hacer un mezclador utilizando un relé DPDT, será un mezclador de doble balanceo. Funciona muy bien con excelente IP3 y baja pérdida. Mal rendimiento de frecuencia, pero.

Aquí hay aproximadamente lo que hay dentro del mezclador bipolar NE602. Tenga en cuenta el uso de bipolares para establecer el sesgo, para lograr espacio libre

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Voy a aceptar la respuesta de Bimpelrekkie porque la sugerencia (en la sección de comentarios) fue que leí sobre "circuitos de par diferencial" y esto es lo que me llevó en la dirección correcta. En retrospectiva, esta pregunta fue realmente acerca de cómo un amplificador NMOS funciona con señales débiles y no tiene nada que ver con un mezclador. Al agregar "mezclador" a mi pregunta, creo que la pregunta fue más complicada de lo necesario.

La respuesta a cómo amplificar una señal débil parece ser "usar un amplificador diferencial". El par NMOS inferior (es decir, el par RF + / RF-NMOS) en el diagrama publicado por Bimpelrekkie es un amplificador diferencial que alimenta el resto del mezclador (el resto del mezclador es la "parte comercial" como lo llamó Bimpelrekkie).

En mi búsqueda por leer sobre circuitos diferenciales, encontré un ejemplo de amplificador diferencial proporcionado en Práctica electrónica para inventores por Paul Scherz y Simon Monk, 3ª ed., p.446.

Scherz / Monk no proporcionó todos los parámetros en su ejemplo: los parámetros de señal y los parámetros NMOS no están dados. Sin embargo, dibujé el ejemplo de Scherz / Monk en LTSpice y usé resistencias de 100k como lo hizo Scherz / Monk. No creo que estos valores de resistencia sean los correctos para el transistor NMOS y los niveles de señal que usé en la simulación, pero aún así muestra amplificación. Scherz / Monk explica cómo determinar los valores de R, pero no lo seguí del todo. (Creo que la conclusión es que se supone que los transistores operan cerca de su "punto Q").

Mi elección de señales de entrada: un seno de 10mV 1kHz (Vsig1) y un seno de -10mV 1kHz (Vsig2). 10mV está, por supuesto, por debajo del umbral de voltaje del NMOS.

Circuito:

Formasdeondadelasdosseñalesdiferenciales,V(vout1)yV(vout2)enLTSpice:

Formadeondadesalidadiferencial,V(vout1,vout2)enLTSpice:

Puede ser difícil de ver, pero esta señal es de aproximadamente 6.3V pico a pico, de aproximadamente -3.15V a -3.15V.