高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器制造技术

本发明专利技术公开了一种高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器，主要解决现有移相器中镜像电流误差较大的问题。其包括单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器、缓冲器和控制电路。射频信号进入有源巴伦电路后，将单端射频信号转化成相位相反且幅度相同的差分信号，提高电路的整体增益。差分信号经过三极点正交信号发生器后，产生四个幅度相同的正交信号作为模拟加法器的输入，在控制器的作用下，通过正交矢量合成的方式合成一簇等相移的信号，经缓冲器作用得到移相器的输出信号。本发明专利技术不仅在相位精度上有所提高，而且使无源模块增益衰减较小，同时避免了使用数模转换电路来施加偏置电流，减小了电路的功耗，可用于射频集成电路中。

Wide band variable transconductance six bit active phase shifter with high dB gain

【技术实现步骤摘要】
高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器本专利技术属于电子器件
，具体涉及一种3到8GHZ频率范围内的六位有源移相器，可用于射频微波相控阵接收机等需要高精度移相器的射频集成电路中。
技术介绍
早期的相控阵技术利用混合设计的理念开发研究，主要包括晶体管，单机移相器等。随着固态半导体集成电路技术的发展，一部分控制电子设备使用的是III-V族化合物半导体集成在单个芯片上的形式，例如GaAs，GaN或InP。而典型的模拟部件就是通过III-V族技术来实现的，同时硅基DSP可与印刷电路板组装在一起，类似于商业PC主板结构。虽然III-V技术提供了高Q无源器件和低损耗、高隔离度的开关，但这是以牺牲成本和芯片面积为代价。另外，在硅技术上部分领域的重大突破，一定程度上降低了相控阵技术的成本，特别是硅锗材料已经证明对于低功率电子器件在高达毫米波频率范围内具有与III-V材料相比拟的性质。因此，以目前的工艺水平，主要应用硅锗材料进行相关电路的实现。基于硅锗工艺条件，在相控阵收发机中，移相器的种类主要有加载线式移相器、反射式移相器、开关线式移相器、高通低通移相器以及矢量调制移相器等。其中，使用开关传输线、90度混合耦合线、周期负载线组成的无源移相器已经发展起来。但是，在商业IC运营中它们的物理尺寸使它们不能在多重阵列上集成。为了解决这一问题，使用分布式网络到集总元件参数转变的合成拓扑结构，可以减小移相器的物理尺寸。然而，在宽带运行中，由于集总无源网络的尺寸增长的速度很快，已经不能满足芯片尺寸的要求，这主要是因为各种片上电感的使用。因此，并不适用于芯片上的集成相控阵系统。与无源的设计相比，有源移相器在驱动负载的作用下，通过良好的数字相位控制，能够获得较高的集成度。如图1所示，有源移相器一般采用基准电流通过数模转换电路DAC镜像到模拟加法器的MOS管中作为通路的电流，进而通过电路中电流与增益之间开根号的关系，推导出对应的相位大小。这种有源移相器的缺点是各个晶体管之间尺寸变化较大，不能完全保证对应晶体管均工作在适当的区域内，同时镜像电流之间的误差也会对相位产生一定的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有有源移相器的不足，提出一种高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器，以固定有源移相器中晶体管的尺寸，减小镜像电流误差，提高相位精度。为实现上述目的，本专利技术的高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器，包括：单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器、缓冲器和控制器，单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器、缓冲器依次连接，控制器与模拟加法器连接，其特征在于：所述模拟加法器，采用共源共栅电路，通过改变栅极电压，使得电路的增益等量变化，输出幅度连续且相位平坦的信号；所述控制器，采用可变电阻电路产生的偏置电压直接作用于模拟加法器中的晶体管栅极，从模拟加法器的输出端口产生等相移的射频信号。作为优选，所述共源共栅电路包括：有源电感、四组NMOS晶体管、四路模拟开关，该有源电感的两端分别连接四路模拟开关的一端和电源电压VDD，四路模拟开关的另一端分别连接四组NMOS晶体管的输出端口，四组NMOS晶体管的另一端连接至地GND；作为优选，所述单转双巴伦包括：有源电感、PMOS电流镜、差分模块、偏置电阻、滤波电容和旁路电容，该有源电感的两端分别连接差分模块的输出端口和电源电压VDD，该PMOS电流镜的两端分别连接差分模块的输出端口和电源电压VDD，该偏置电阻的两端分别连接差分模块的控制端口和偏置电压，该滤波电容的两端分别连接差分模块输入端口和射频输入信号，该旁路电容的两端分别连接偏置电阻的一端和地GND；作为优选，所述缓冲器包括：放大模块、负载电阻、偏置电阻、旁路电容、滤波电容和NPN三极管电流镜，该放大模块的输出端口连接负载电阻的一端，负载电阻的另一端连接电源电压VDD，该偏置电阻的两端分别连接放大模块的控制端口和偏置电压，该旁路电容的两端分别连接偏置电阻的一端和电源电压VDD，该滤波电容的两端分别连接放大模块的输出端口和射频输出信号，该NPN三极管电流镜的两端分别连接放大模块的电流镜像端口和地GND；作为优选，所述可变电阻电路包括：两个阻值在1到5K之间的低阻值电阻和两个阻值在5K以上的高阻值电阻；作为优选，所述正交信号发生器包括：两级正交模块，且第一级正交模块的两端分别连接第二级正交模块的输入端口和射频输入信号，第二级正交模块的另一端连接模拟加法器的输入端口。本专利技术具有如下优点：1)本专利技术由于采用共源共栅电路，通过直接改变栅极电压，使得电路的增益等量变化，输出幅度连续且相位平坦的信号，避免了传统模拟加法器中存在的电流镜像误差，提高了输出相位精度。2)本专利技术由于采用可变电阻电路，将产生的偏置电压直接作用于模拟加法器中晶体管的栅极，进而从模拟加法器的输出端口产生等相移的射频信号，避免了使用传统移相器中晶体管尺寸较大的数模转换电路，减小了整体电路的功耗，同时保证相位精度。附图说明图1为传统有源移相器中的模拟加法器电路；图2为本专利技术的整体结构框图；图3为本专利技术中的三极点正交信号发生器电路图；图4为本专利技术中的模拟加法器电路图；图5为本专利技术中的单转双有源巴伦电路图；图6为本专利技术中的差分结构缓冲器电路图；图7为用本专利技术产生0到90度之间16个相位状态的仿真曲线图。具体实施方式本实例以一个3到8GHZ范围内高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器为例。参照图2，本实例的有源移相器包括单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器、缓冲器和控制器，单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器与缓冲器依次连接，控制器与模拟加法器连接；射频信号进入单转双巴伦后，将单端输入的射频信号转化成相位相反且幅度大小相同的一对差分信号；该差分信号经过正交信号发生器后，产生四个幅度大小相同且相位间距90度的正交信号，该正交信号作为下一级模拟加法器的输入；在模拟加法器中，通过矢量合成的方式生成一簇等相移的信号；最后，经缓冲器作用后得到移相器的输出信号。参照图3，本实例中的正交信号发生器包括两级正交模块；第一级正交模块用于产生频带内的两个极点，其包括四个电容C1、C2、C3、C4和四个电阻R1、R2、R3、R4，第二级正交模块用于产生频带内的一个极点，其包括四个电容C5、C6、C7、C8和四个电阻R5、R6、R7、R8，其连接关系如下：第一电阻R1的两端分别连接第一电容C1的输出端和第二电容C2的输入端，第二电阻R2的两端分别连接第二电容C2的输出端和第三电容C3的输入端，第三电阻R3的两端分别连接第三电容C3的输出端和第四电容C4的输入端，第四电阻R4的两端分别连接第四电容C4的输出端和第一电容C1的输入端；第一电阻R1的输出端与第一电容C1的输出端、第五电阻R5的输入端和第五电容C5的输入端相连；第二电阻R2的输出端与第二电容C2的输出端、第七电阻R7的输入端和第七电容C7的输入端相连；第三电阻R3的输出端与第三电容C3的输出端、第六电阻R6的输入端和第六电容C6的输入端相连；第四电阻R4的输出端与第四电容C4的输出端、第八电阻R8的输入端和第八电容C8的输入端相连；第五电容C5的两端分别连接第一电容C1的输出端和第二级正交模块的第二正输出端QOUT+，第六电容C6的两端分别连接第三电容C3的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器，包括：单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器、缓冲器和控制器，单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器与缓冲器依次连接，控制器与模拟加法器连接，其特征在于：所述模拟加法器，采用共源共栅电路，通过改变栅极电压，使得电路的增益等量变化，输出幅度连续且相位平坦的信号；所述控制器，采用可变电阻电路产生的偏置电压直接作用于模拟加法器中的晶体管栅极，从模拟加法器的输出端口产生等相移的射频信号。

【技术特征摘要】
1.一种高dB增益的宽带变跨导六位有源移相器，包括：单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器、缓冲器和控制器，单转双巴伦、正交信号发生器、模拟加法器与缓冲器依次连接，控制器与模拟加法器连接，其特征在于：所述模拟加法器，采用共源共栅电路，通过改变栅极电压，使得电路的增益等量变化，输出幅度连续且相位平坦的信号；所述控制器，采用可变电阻电路产生的偏置电压直接作用于模拟加法器中的晶体管栅极，从模拟加法器的输出端口产生等相移的射频信号。2.根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于，共源共栅电路包括：第一有源电感、四组NMOS晶体管、四路模拟开关，该有源电感的两端分别连接四路模拟开关的一端和电源电压VDD，四路模拟开关的另一端分别连接四组NMOS晶体管的输出端口，四组NMOS晶体管的另一端连接至地GND。3.根据权利要求1所述有源移相器，其特征在于，单转双巴伦包括：第二有源电感、PMOS电流镜、差分模块、偏置电阻、滤波电容和旁路电容，该有源电感的两端分别连接差分模块的输出端口和电源电压VDD，该PMOS电流镜的两端分别连接差分模块的输出端口和电源电压VDD，该偏置电阻的两端分别连接差分模块的控制端口和偏置电压，该滤波电容的两端分别连接差分模块输入端口和射频输入信号，该旁路电容的两端分别连接偏置电阻的一端和地GND。4.根据权利要求1所述有源移相器，其特征在于，缓冲器包括：放大模块、负载电阻、偏置电阻、旁路电容、滤波电容和NPN三极管电流镜，该放大模块的输出端口连接负载电阻的一端，负载电阻的另一端连接电源电压VDD，该偏置电阻的两端分别连接放大模块的控制端口和偏置电压，该旁路电容的两端分别连接偏置电阻的一端和电源电压VDD，该滤波电容的两端分别连接放大模块的输出端口和射频输出信号，该NPN三...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振荣，吴泓江，庄奕琪，包军林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61