Wie kann man das HF-Signal auf einen ausreichend hohen Pegel für einen CMOS-Downconverting-Mixer verstärken?

Hier ist ein Schema einer typischen CMOS-Mischerschaltung:

Es ist der klassische „Gilbert“-Mixer.

Obwohl aus diesem Bild nicht ersichtlich, dient der untere NMOS nur zum Vorspannen, Sie können ihn als Gleichstromquelle betrachten. Das macht die untere Hälfte dieser Schaltung identisch mit einem Standard-Differentialpaar.

Die Eingänge dieses Differenzialpaars sind mit den Ausgängen des LNA verbunden, sodass dieses Differenzialpaar einfach das HF-Signal (Spannung) in ein Stromsignal umwandelt.

Dieser Strom (der das HF-Signal enthält) wird dann in den oberen "Geschäftsteil" des Mischers eingespeist, hier findet die eigentliche Schaltung statt. Dazu müssen diese 4 NMOS in einer Reihe richtig ein- und ausgeschaltet werden. Daher muss das LO-Signal groß genug sein. Benötigen wir dafür 700 mV (wie Sie behaupten) in der Größenordnung von Vt?

Nein, tun wir nicht! Solange die Schalttransistoren "genug" schalten, erhalten wir ein ZF-Ausgangssignal. Wenn das schaltende NMOS ein ausreichend großes W/L hat, könnte sogar ein 200-mV-LO-Signal alles sein, was wir brauchen.

Was zählt, ist der Unterschied in Vgs für jedes NMOS-Paar. Solange ein NMOS einen größeren Vgs als der andere NMOS hat und der Unterschied so ist, dass der Strom vom HF-Teil unten einen NMOS dem anderen vorzieht, "mischt" der Mischer.

Dies ist das gleiche Prinzip wie das Anlegen einer Vorspannung an einen Transistor in einer Verstärkerschaltung. Durch Anlegen einer Vorspannung überwinden wir die Vt (700 mV) "Totzone" des NMOS, sodass dies kein Problem darstellt.

Der Mischer wird von einem lokalen Oszillator angetrieben. Der Pegel ist (sagen wir +7dBm).

Es ist nie -65dBm.

Die geschaltete HF beträgt -65 dBm. Es tut nichts - geht nur durch die Mischerschalter. In der einfachsten und besten Art ist ein Mischer Schalter.

Denken Sie an Relais. Der lokale Oszillator erregt die Spule und muss 12 V betragen. Die HF geht durch die Kontakte und kann überhaupt ein winziges Niveau haben.

Sie können einen Mischer mit einem DPDT-Relais erstellen, es wird ein doppelt symmetrischer Mischer sein. Es funktioniert sehr gut mit ausgezeichnetem IP3 und geringem Verlust. Schlechte Frequenzleistung, aber.

Hier ist ungefähr, was sich im bipolaren Mischer NE602 befindet. Beachten Sie die Verwendung von Bipolaren, um die Vorspannung herzustellen und Headroom zu erreichen

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ich werde Bimpelrekkies Antwort akzeptieren, weil der Vorschlag (im Kommentarbereich) war, dass ich mich über "Differentialpaarschaltungen" informiert habe, und das hat mich in die richtige Richtung gebracht. Im Nachhinein betrachtet ging es bei dieser Frage wirklich darum, wie ein NMOS-Verstärker mit schwachen Signalen arbeitet und hatte nichts mit einem Mischpult zu tun. Durch das Hinzufügen von "Mixer" zu meiner Frage wurde die Frage meiner Meinung nach mehr als nötig kompliziert.

Die Antwort auf die Frage, wie man ein schwaches Signal verstärkt, scheint zu lauten: „Einen Differenzverstärker verwenden“. Das untere NMOS-Paar (dh das RF+ / RF-NMOS-Paar) in dem von Bimpelrekkie geposteten Diagramm ist ein Differenzverstärker, der den Rest des Mischers speist (der Rest des Mischers ist der "Geschäftsteil", wie Bimpelrekkie es nannte).

Bei meiner Suche nach Informationen zu Differentialschaltungen bin ich auf ein Beispiel für einen Differentialverstärker gestoßen, das in Practical Electronics for Inventors von Paul Scherz und Simon Monk, 3. Aufl., S. 446, bereitgestellt wird.

Scherz/Monk hat in ihrem Beispiel nicht alle Parameter angegeben: Die Signalparameter und NMOS-Parameter sind nicht angegeben. Ich habe jedoch das Scherz/Monk-Beispiel in LTSpice erstellt und wie Scherz/Monk 100k-Widerstände verwendet. Ich glaube nicht, dass diese Widerstandswerte genau richtig für den NMOS-Transistor und die Signalpegel sind, die ich in der Simulation verwendet habe, aber es zeigt trotzdem eine Verstärkung. Scherz/Monk gehen darauf ein, wie man die R-Werte bestimmt, aber ich bin nicht ganz gefolgt. (Ich denke, das Endergebnis ist, dass die Transistoren in der Nähe ihres "Q-Punkts" arbeiten sollen.)

Meine Auswahl an Eingangssignalen: Ein 10mV 1kHz Sinus (Vsig1) und ein -10mV 1kHz Sinus (Vsig2). 10 mV liegen natürlich unter der Schwellenspannung des NMOS.

Schaltkreis:

Wellenformen der beiden Differenzsignale V(vout1) und V(vout2) in LTSpice:

Differentielle Ausgangswellenform, V(vout1,vout2) in LTSpice:

Es mag schwer zu erkennen sein, aber dieses Signal hat ungefähr 6,3 V von Spitze zu Spitze, von ungefähr -3,15 V bis -3,15 V.