一种CMOS宽带有源移相器电路制造技术

一种CMOS宽带有源移相器电路，包括两路相互并行连接的双相可变增益放大器、三级多相滤波器、正交合成电路和相位控制电路，两路双相可变增益放大器分别作为I支路和Q支路的可变增益放大器，两路双相可变增益放大器的输出端分别连接三级多相滤波器的IQ输入端，三级多相滤波器的输出端与正交合成电路的输入端连接，相位控制电路的输出端分别与两路双相可变增益放大器及正交合成电路连接，两路双相可变增益放大器均连接输入端Sin_P和输入端Sin_N，正交合成电路连接输出端Sout_P和输出端Sout_N。本发明专利技术噪声系数低，移相范围可以覆盖0～360°，工作带宽较宽，能够达到一个倍频以上的工作宽带，生产成本更低，且更易于集成到以标准CMOS工艺实现的系统芯片里。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及基于CMOS工艺实现的有源移相器
，具体讲是一种适用于以相控阵为代表的无线电系统射频前端电路的CMOS宽带有源移相器电路。
技术介绍
：移相器是控制和改变电磁波相位的主要元件，广泛应用于雷达探测、无线通信、卫星遥测等领域，在以电子波束扫描(Electronic Bean-steering)为核心的相控阵(Phased Arrays)系统中，移相精度直接影响波束扫描精度等性能，并在很大程度上制约着系统造价。传统的移相器设计大多采用无源的方式实现，如采用开关控制的传输线，基于高低通滤波器或者基于反射负载。无源移相器移相精度高，功耗低，但插入损耗(又称为电路损耗)和芯片面积大，尤其是在GHz以下工作频段，片上很难制作传输线和高Q值无源器件，限制了无源移相器的集成度和成本。有源移相器是目前移相器设计重要发展方向之一，其基本原理是采用极性调制的方法，将输入信号分解为两路正交矢量，通过改变分路矢量幅度大小再进行加权求和，从而来改变输出信号的相位。假设输入信号为Sin，IQ两个支路的幅度增益大小分别为A和B，于是移相器输出信号为：其中，输出信号的幅度以及与输入信号的相位差分别为： Z = A 2 + B 2 ]]>在保持输出信号幅度Z不变的情况下，改变A和B的大小即可改变输出信号与输入信号的相位差。与无源移相器相比，有源移相器移相精度更好，并且提供一定的增益，具有适度的噪声系数，使用电感少芯片面积小，易于实现系统集成以及低成本化，但其电路构架较为复杂，设计难度较大。常规的有源移相器设计中大多采用全通滤波器或者无源电桥首先对输入信号进行正交化，然后利用可变增益放大器改变支路增益从而完成相位改变，这种方法主要存在以下几个问题：1、全通滤波器或者无源电桥一般位于电路第一级，其损耗较大使得移相器整体噪声系数较大；2、全通滤波器或者无源电桥的相对带宽一般在25％～40％，从而很难实现一个倍频程以上的移相器设计；3、电路中一般都包含电感等无源器件，使得移相器的面积较大。
技术实现思路
：本专利技术要解决的技术问题是，提供一种噪声系数低，移相范围可以覆盖0～360°，工作带宽较宽，能够达到一个倍频以上的工作宽带，生产成本更低，且更易于集成到以标准CMOS工艺实现的系统芯片里的CMOS宽带有源移相器电路。本专利技术的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的CMOS宽带有源移相器电路，它包括双相可变增益放大器、三级多相滤波器、正交合成电路和相位控制电路，双相可变增益放大器有两路且相互并行连接，并行连接的两路双相可变增益放大器分别作为I支路和Q支路的可变增益放大器，两路双相可变增益放大器的输出端分别连接三级多相滤波器的IQ输入端，三级多相滤波器的输出端与正交合成电路的输入端连接，相位控制电路的输出端分别与两路双相可变增益放大器及正交合成电路连接，两路双相可变增益放大器均连接输入端Sin_P和输入端Sin_N，正交合成电路连接输出端Sout_P和输出端Sout_N。采用上述结构后，与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：1、噪声系数较低。本专利技术采用的电路结构可变增益放大器位于移相器第一级，具有一定的增益，使得整体噪声系数较低。2、移相范围可以覆盖0～360°。本专利技术中的相位控制电路根据输入指令改变IQ两路双相可变增益放大器控制电压从而改变信号输出相位，移相器的第一级为双相可变增益放大器电路，在相位控制电路作用下，该电路实现信号正向放大且增益可变，也可以实现信号反相放大且增益可变，从而使得移相范围能够覆盖0～360°。3、工作带宽较宽。本专利技术第二级采用了三级多相滤波器电路，实现对输入信号的正交化，
三级级联结构能够使电路的工作宽带达到一个倍频程以上。4、没有使用片上电感。本专利技术设计的移相器电路不包含片上电感芯片面积较小，芯片生产成本更低，且更易于集成到以标准CMOS工艺实现的系统芯片里。本专利技术所述的CMOS宽带有源移相器电路，其中，并行连接的两路双相可变增益放大器包括场效应管M1_P、场效应管M3_P、场效应管M4_P、场效应管M5_P、场效应管M6_P、场效应管M7_P、场效应管M1_N、场效应管M3_N、场效应管M4_N、场效应管M5_N、场效应管M6_N、场效应管M7_N、场效应管M8、场效应管M9、电阻Rl_1、电阻Rl_2、电阻R3_P、电阻R4_P、电阻R3_N以及电阻R4_N，电阻Rl_1一端接电源，其另一端与场效应管M5_P的漏极连接，电阻Rl_2一端接电源，其另一端与场效应管M6_N的漏极连接，场效应管M5_P的漏极和场效应管M5_N的漏极连接在一起构成输出端口OUT_P，场效应管M6_P的漏极和场效应管M6_N的漏极连接在一起构成输出端口OUT_N，场效应管M5_P的栅极、场效应管M6_P的栅极、场效应管M5_N的栅极以及M6_N的栅极连接在一起用于改变其栅极电平VC，实现电路增益控制，场效应管M5_P的源极与场效应管M3_P的漏极连接，场效应管M6_P的源极与场效应管M4_P的漏极连接，场效应管M5_N的源极与场效应管M3_N的漏极连接，场效应管M6_N的源极与场效应管M4_N的漏极连接，场效应管M3_P的栅极与场效应管M4_N的栅极连接在一起构成输入端口IN_P，场效应管M4_P的栅极与场效应管M3_N的栅极连接在一起构成输入端口IN_N，场效应管M3_P的源极与场效应管M4_P的源极同时与场效应管M1_P的漏极连接，场效应管M3_N的源极与场效应管M4_N的源极同时与场效应管M1_N的漏极连接，场效应管M7_P的源极、电阻R3_P的一端、场效应管M1_P的源极、场效应管M8的源极、场效应管M7_N的源极、电阻R3_N的一端以及场效应管M1_N的源极同时接地，所述电阻R4_P的一端、场效应管M9的源极以及电阻R4_N的一端同时接电源，场效应管M1_P的栅极、电阻R4_P的另一端以及电阻R3_P的另一端同时与场效应管M7_P的漏极连接，场效应管M1_N的栅极、电阻R4_N的另一端以及电阻R3_N的另一端同时与场效应管M7_N的漏极连接，场效应管M8的漏极和场效应管M9的漏极同时与场效应管M7_N的栅极连接，场效应管M8的栅极、场效应管M9的栅极以及场效应管M7_P的栅极同时与C_SW端口连接，C_SW端口与相位控制电路连接，输出端口OUT_P和输出端口OUT_N与三级多相滤波器连接。本专利技术所述的CMOS宽带有源移相器电路，其中，三级多相滤波器包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11以及电容C12，电阻R1、电阻R2和电阻R3依次串接，电阻R4、电阻R5和电阻R6依次串接，电阻R7、电阻R8和电阻R9依次串接，所述电阻R10、电阻R11和电阻R12依次串接，电阻R1左端与输入端I_P连接，电阻R4左端与输入端Q_P连接，电阻R7左端与输入端I_N连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS宽带有源移相器电路，其特征在于：它包括双相可变增益放大器(1)、三级多相滤波器(2)、正交合成电路(3)和相位控制电路(4)，所述双相可变增益放大器(1)有两路且相互并行连接，并行连接的两路双相可变增益放大器(1)分别作为I支路和Q支路的可变增益放大器，两路双相可变增益放大器(1)的输出端分别连接三级多相滤波器(2)的IQ输入端，所述三级多相滤波器(2)的输出端与正交合成电路(3)的输入端连接，相位控制电路(4)的输出端分别与两路双相可变增益放大器(1)及正交合成电路(3)连接，所述两路双相可变增益放大器(1)均连接输入端Sin_P和输入端Sin_N，所述正交合成电路(3)连接输出端Sout_P和输出端Sout_N。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS宽带有源移相器电路，其特征在于：它包括双相可变增益放大器(1)、三级多相滤波器(2)、正交合成电路(3)和相位控制电路(4)，所述双相可变增益放大器(1)有两路且相互并行连接，并行连接的两路双相可变增益放大器(1)分别作为I支路和Q支路的可变增益放大器，两路双相可变增益放大器(1)的输出端分别连接三级多相滤波器(2)的IQ输入端，所述三级多相滤波器(2)的输出端与正交合成电路(3)的输入端连接，相位控制电路(4)的输出端分别与两路双相可变增益放大器(1)及正交合成电路(3)连接，所述两路双相可变增益放大器(1)均连接输入端Sin_P和输入端Sin_N，所述正交合成电路(3)连接输出端Sout_P和输出端Sout_N。2.根据权利要求1所述的一种CMOS宽带有源移相器电路，其特征在于：并行连接的两路双相可变增益放大器(1)包括场效应管M1_P、场效应管M3_P、场效应管M4_P、场效应管M5_P、场效应管M6_P、场效应管M7_P、场效应管M1_N、场效应管M3_N、场效应管M4_N、场效应管M5_N、场效应管M6_N、场效应管M7_N、场效应管M8、场效应管M9、电阻Rl_1、电阻Rl_2、电阻R3_P、电阻R4_P、电阻R3_N以及电阻R4_N，所述电阻R1_1一端接电源，其另一端与场效应管M5_P的漏极连接，所述电阻Rl_2一端接电源，其另一端与场效应管M6_N的漏极连接，所述场效应管M5_P的漏极和场效应管M5_N的漏极连接在一起构成输出端口OUT_P，所述场效应管M6_P的漏极和场效应管M6_N的漏极连接在一起构成输出端口OUT_N，所述场效应管M5_P的栅极、场效应管M6_P的栅极、场效应管M5_N的栅极以及M6_N的栅极连接在一起用于改变其栅极电平VC，实现电路增益控制，所述场效应管M5_P的源极与场效应管M3_P的漏极连接，所述场效应管M6_P的源极与场效应管M4_P的漏极连接，所述场效应管M5_N的源极与场效应管M3_N的漏极连接，所述场效应管M6_N的源极与场效应管M4_N的漏极连接，所述场效应管M3_P的栅极与场效应管M4_N的栅极连接在一起构成输入端口IN_P，所述场效应管M4_P的栅极与场效应管M3_N的栅极连接在一起构成输入端口IN_N，所述场效应管M3_P的源极与场效应管M4_P的源极同时与场效应管M1_P的漏极连接，所述场效应管M3_N的源极与场效应管M4_N的源极同时与场效应管M1_N的漏极连接，所述场效应管M7_P的源极、电阻R3_P的一端、场效应管M1_P的源极、场效应管M8的源极、场效应管M7_N的源极、电阻R3_N
\t的一端以及场效应管M1_N的源极同时接地，所述电阻R4_P的一端、场效应管M9的源极以及电阻R4_N的一端同时接电源，所述场效应管M1_P的栅极、电阻R4_P的另一端以及电阻R3_P的另一端同时与场效应管M7_P的漏极连接，场效应管M1_N的栅极、电阻R4_N的另一端以及电阻R3_N的另一端同时与场效应管M7_N的漏极连接，所述场效应管M8的漏极和场效应管M9的漏极同时与场效应管M7_N的栅极连接，所述场效应管M8的栅极、场效应管M9的栅极以及场效应管M7_P的栅极同时与C_SW端口连接，所述输出端口OUT_P和输出端口OUT_N与三级多相滤波器(2)连接，所述C_SW端口与相位控制电路(4)连接。3.根据权利要求1所述的一种CMOS宽带有源移相器电路，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：段宗明，马强，王晓东，戴跃飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34