基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器，包括端口1，端口1分别与共源晶体管M2、共源晶体管M2E和共栅晶体管M1连接，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的源极分别连接端口2和端口2d并共地，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的漏极经互补型缓冲电路与共栅晶体管M1连接，共栅晶体管M1连接跨导增强型晶体管Mg，共源晶体管M2、共源晶体管M2E与互补型缓冲电路连接构成双抵消电路，互补型缓冲电路连接端口3用于降低噪声系数。本发明专利技术通过双抵消电路提高有源环形器的隔离度和工作带宽，时通过将噪声系数技术降低天线端到接收端的噪声系数，使得本发明专利技术有源准环形器作为共享天线接口适用于全双工、调频连续波雷达和5G基站系统中。

Low noise coefficient, wide band and high isolation active quasi circulator based on double cancellation

【技术实现步骤摘要】
基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器
本专利技术属于射频集成电路
，具体涉及一种基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器。
技术介绍
随着5G通信时代的到来，数据传输速率的递增，对有线和无线通信的要求和挑战日益增加，既通信系统必须在比以往更大的带宽内运行。以往的通信系统中为了保证同时接收和同时发射信号，必须采用多天线的解决方案，现如今随着技术的发展，单天线作为一个新型方案正被广泛研究和采用。在全双工、调频连续波雷达和5G基站系统中，具有同时发射和接收能力的共享天线接口是其中的关键模块。环形器因其能够解耦入射波和反射波，常被用作共享天线接口。无源环形器虽然具有高效性度、低噪声系数和低插入损耗的优点，但是尺寸大、重量大和成本高的缺点使其很难被用于射频集成电路系统中。CMOS有源环形器由于具有尺寸小、成本低和易于集成的特点，使其作为无源的替代品被应用于射频集成电路系统中。然而，在宽带范围内实现高隔离的要求是基于硅的共享天线接口(环形器)设计中最重要的挑战之一。目前已有多种技术被用于提高有源环形器中的隔离度和工作带宽。现有在共源放大器中集成电流复用技术，从而其有源准环形器在2GHz的带宽内获得了12dB的隔离度。另一种使用基于电子巴伦的双工器技术在1.9～2.2GHz的工作带宽内得到了50dB的隔离度。除此之外，还有一种采用分布式放大器技术的有源准环形器在5.3～7.3GHz带宽内拥有超过30dB的隔离度。以上有源环形器都不能在同时获得高隔离度和大带宽，使其不太适用于宽带无线通信系统。现有的双干扰抵消技术虽然被应用于有源准环形器中，在1GHz至7GHz的带宽内获得了超过36dB的隔离度。并不能在大带宽范围内获得高的隔离度；即使在大带宽内获得高隔离度，由于高噪声系数和高插入损耗，使其很难适用于全双工、调频连续波雷达和5G基站系统中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器，使得有源准环形器不仅获得高隔离度和高带宽，而且噪声系数也相对较低。本专利技术采用以下技术方案：基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器，包括端口1，端口1分别与共源晶体管M2、共源晶体管M2E和共栅晶体管M1连接，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的源极分别连接端口2和端口2d并共地，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的漏极经互补型缓冲电路与共栅晶体管M1连接，共栅晶体管M1连接跨导增强型晶体管Mg，共源晶体管M2、共源晶体管M2E与互补型缓冲电路连接构成双抵消电路，互补型缓冲电路连接端口3，通过一路同相路径的共栅晶体管M1分别给双抵消电路提供抵消信号用于降低噪声系数。具体的，端口1的第一路经电容C1分别连接共栅晶体管M1的源极和跨导增强型晶体管Mg的栅极，第二路经电容C2连接共源晶体管M2的栅极，第三路经电容C2E连接共源晶体管M2E的栅极；共源晶体管M2依次经电容CB1、源跟随器MB1/MB2和电容CB2后与共栅晶体管M1的漏极连接，共源晶体管M2E依次经CB3、共源晶体管MB3/MB4和电容CB4后与共栅晶体管M1的漏极连接。进一步的，发射信号一路经反相位路径产生干扰信号，第二路经同相位路径产生抵消信号CS1，干扰信号和抵消信号CS1经源跟随器MB1/MB2相互抵消产生残余信号；第三路经反相位路径产生信号与同相位路径的抵消信号CS1经共源晶体管MB3/MB4产生抵消信号CS2，抵消信号CS2与残余信号经端口3相互抵消。更进一步的，共栅晶体管M1的源端通过电容Cg1与跨导增强型晶体管Mg的栅端连接，共栅晶体管M1的栅端通过电容Cg2与跨导增强型晶体管Mg的漏端相连；跨导增强型晶体管Mg的漏端与电阻Rg连接，跨导增强型晶体管Mg和电阻Rg构成一个基本共源放大器；共栅晶体管M1的漏端分别通过电容CB2、CB4与缓冲器MB2、MB4的栅端相连；晶体管M1的源端经过电容C1分别通过电容C2、C2E与晶体管M2、M2E的栅端连接构成有源准环形器的发射端。更进一步的，电容C2与共源晶体管M2的栅极连接，共源晶体管M2的漏端经电容CB1后与缓冲器MB1的栅端连接，共源晶体管M2的漏端与电阻R2连接，共源晶体管M2的源端与电容CA连接构成有源准环形器的天线端。更进一步的，电容C2E与共源晶体管M2E的栅极连接，共源晶体管M2E的漏端经电容CB3后与缓冲器MB3的栅端连接，共源晶体管M2E的漏端与电阻R2E连接，共源晶体管M2E的源端与电容Cad连接构成有源准环形器的dummy端。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提出了一种基于双抵消技术低噪声系数、宽带、高隔离度的有源准环形器，通过双抵消电路不仅提高了有源环形器的隔离度和工作带宽，同时降低了噪声系数，使得本专利技术有源准环形器作为共享天线接口适用于全双工、调频连续波雷达和5G基站系统中。进一步的，传统的有源环形器只拥有一级抵消电路来抵消来自发射端的干扰信号，隔离效果随着频率变化而恶化。本专利技术通过在传统一级抵消电路结构的基础上，增加第二级抵消电路结构(既双抵消电路)来进一步抵消上述的干扰信号，以此来获得更高的隔离度和更大的带宽。M1的源端通过电容Cg1与Mg的栅端相连，而M1的栅端通过电容Cg2与Mg的漏端相连，并且Mg的漏端还与电阻Rg相连。Mg和Rg构成了一个基本的共源放大器，该共源放大器增加了M1的有效跨导。同相路径M1的漏端分别通过电容CB2、CB4与缓冲器MB2、MB4的栅端相连。两路反向路径M2和M2E的栅端分别通过电容C2和C2E后，再一起经过电容C1与M1的源端相连构成了发射端，而M2和M2E的漏端分别通过电容CB1和CB3后，再分别与缓冲器MB1和MB3的栅端相连。缓冲器MB1、MB2的源端接与缓冲器MB3、MB4的漏端接在一起，并通过电容C3构成了接收端。M2的源端与电容CA构成了天线端，而M2E通过电容Cad后构成了一个dummy端。反向路径M2与同向路径M1构成了第一级抵消电路，而反向路径M2E与同向路径M1构成了第二级抵消电路。第二级抵消电路产生的抵消信号与第一级抵消电路产生的残余干扰信号相互抵消，从而提升了有源环形器发射端到接收端的隔离度，同时也提升了隔离带宽。。进一步的，有源准环形器的噪声系数的降低主要通过以下两个技术来实现：1.通过互补缓冲器(MB1、MB2、MB3和MB2)的采用，避免了M2和M2E的漏端与M1的漏端直接相连，从而避免了M2和M2E的漏端看进去的阻抗，进而避免了发射端到接收端的增益或者插入损耗的衰减，最终避免了噪声系数的恶化；2.通过只采用一路同相路径M1分别给两级抵消电路提供抵消信号，避免了噪声系数的增加，同时同相路径产生的噪声分别经过缓冲器MB2和MB4后相连抵消了，从而进一步降低了噪声系数。噪声之所以能相互抵消，因为缓冲器MB2和MB4提供了两个相位相反的路径。综上所述，本专利技术提出了一种基于双抵消技术低噪声系数、宽带、高隔离度的有源准环形器，不仅通过双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器，其特征在于，包括端口1，端口1分别与共源晶体管M2、共源晶体管M2E和共栅晶体管M1连接，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的源极分别连接端口2和端口2d并共地，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的漏极经互补型缓冲电路与共栅晶体管M1连接，共栅晶体管M1连接跨导增强型晶体管Mg，共源晶体管M2、共源晶体管M2E与互补型缓冲电路连接构成双抵消电路，互补型缓冲电路连接端口3，通过一路同相路径的共栅晶体管M1分别给双抵消电路提供抵消信号用于降低噪声系数。/n

【技术特征摘要】
1.基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器，其特征在于，包括端口1，端口1分别与共源晶体管M2、共源晶体管M2E和共栅晶体管M1连接，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的源极分别连接端口2和端口2d并共地，共源晶体管M2和共源晶体管M2E的漏极经互补型缓冲电路与共栅晶体管M1连接，共栅晶体管M1连接跨导增强型晶体管Mg，共源晶体管M2、共源晶体管M2E与互补型缓冲电路连接构成双抵消电路，互补型缓冲电路连接端口3，通过一路同相路径的共栅晶体管M1分别给双抵消电路提供抵消信号用于降低噪声系数。


2.根据权利要求1所述的基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器，其特征在于，端口1的第一路经电容C1分别连接共栅晶体管M1的源极和跨导增强型晶体管Mg的栅极，第二路经电容C2连接共源晶体管M2的栅极，第三路经电容C2E连接共源晶体管M2E的栅极；共源晶体管M2依次经电容CB1、源跟随器MB1/MB2和电容CB2后与共栅晶体管M1的漏极连接，共源晶体管M2E依次经CB3、共源晶体管MB3/MB4和电容CB4后与共栅晶体管M1的漏极连接。


3.根据权利要求2所述的基于双抵消的低噪声系数、宽带、高隔离有源准环形器，其特征在于，发射信号一路经反相位路径产生干扰信号，第二路经同相位路径产生抵消信号CS1，干扰信号和抵消信号CS1经源跟随器MB1/MB2相互抵消产生残余信号；第三路经反相位路径产生信号与同相...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿莉，唐炳俊，桂小琰，许江涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61