一种基于谐波抑制的倍频电路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于谐波抑制的倍频电路结构，包括依次串联的宽带变压器网络组成第一部分电路、改良的带有共栅放大器的二倍频器组成第二部分电路、带有尾电流的全差分放大器组成第三部分电路、带有陷波效果的宽带变压器组成第四部分电路；通过三线圈变压器以及加入电容耦合，可以达到陷波作用，以此在保证宽带设计的同时更好的抑制谐波。通过上述方式，本发明专利技术在完成宽带二倍频的同时，极大程度抑制了各次谐波。各次谐波。各次谐波。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐波抑制的倍频电路结构


[0001]本专利技术涉及电子电路设计
，特别是涉及一种基于谐波抑制的倍频电路，特别适用于毫米波收发机系统中的载波链路的设计。

技术介绍

[0002]近年来，随着通信技术的飞速发展，更高、更宽带的频谱资源将被使用。毫米波技术凭借自己在通信、安全防御系统的应用的小型产品中展现出的高性能成为了历史发展的主导。
[0003]本振信号是毫米波通信收发机系统的重要组成部分，在接收机中本振信号用于下变频接收信号，发射机中本振信号用于上变频信号到特定频段，从而本振信号的质量直接影响到通信系统的性能。随着通信系统频率不断的提高、芯片工艺的限制，本振信号的产生难度不断增加。
[0004]另外，由于通信系统频率的不断提高，本振源设计难度增加，倍频器成为系统中不可缺少的环节。如果利用振荡器直接产生本振信号，高频压控振荡器的设计难度将大大增加：首先是频谱不纯，会造成信号质量不高；其次是调节带宽窄，不能保证宽带通信；最后是相位噪声会增加，稳定性也随之下降。毫米波段不可能通过数字方式合成，那么产生所需频率的方法就是在低频振荡器后添加倍频器，这样不仅能够满足系统所需带宽，同时倍频器消耗功率低，系统稳定性也有明显提高，这使得倍频器成为高频收发机系统中及其重要且不可缺少的一部分。
[0005]倍频器的作用是在输入信号的激励下，产生输入频率的谐波分量。利用非线性器件可以实现这一功能。因此，采用低频振荡器负载倍频器提供本振信号源的方法，凭借低功耗、稳定性强在毫米波收发机系统中得到广泛应用。r/>[0006]此外，从工艺上来说，硅基设备的毫米波产品与其它工艺毫米波设备相比，如砷化镓工艺，有更低的成本、更低的功耗，易于量产，从而有很大的商业潜力，因此目前硅基毫米波集成电路得到了广泛的应用。
[0007]在高性能毫米波收发机的设计中，为了保证通信系统中本振信号的质量，对倍频器输出的频谱纯度、调节带宽以及输出功率都有较高的要求。因此设计仍然面临很多挑战，如(1)倍频器输出的有用谐波信号往往较小，很难达到需要的输出功率指标(2)宽带倍频器基波与有用谐波的频段往往非常接近，给滤波网络设计带来很大难度(3)匹配网络的设计既要保证宽带又要在带外有陡峭的频率响应，这是一个很大的设计难点(4)为了消除各次谐波和杂散信号，往往在级联无源滤波电路，这将很大程度增加芯片复杂度，并且增大面积，增加成本。(5)毫米波收发机系统中需要的高性能倍频器往往需要有一个较大的输入功率范围和较为稳定的输出功率值，给链路中倍频器和放大器的设计带来很多新挑战。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于谐波抑制设计的倍频器结构，针对目前倍频器设
计中对于频谱纯度、调节带宽以及输出功率等高要求，提出优化的pushpush倍频器结构，三线圈耦合及电容耦合变压器结构，在保证带宽和输出功率的情况下实现了较好的谐波抑制。
[0009]为解决
技术介绍
的缺陷，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于谐波抑制的倍频电路结构，包括依次串联的宽带变压器网络组成第一部分电路、二倍频器有源区组成第二部分电路、带有尾电流的全差分放大器组成第三部分电路、带有陷波特性的宽带变压器组成第四部分电路。所述第一部分电路完成50欧姆负载到倍频器输入阻抗的匹配并实现单端信号到差分信号的转换，并通过次级线圈中心抽头连接地的方式来优化差分性能；所述第二部分电路由带有共栅放大器的二倍频器组成，此倍频器将两晶体管漏极相接，实现奇次谐波的抵消与偶次谐波的相加以此达到二倍频的效果，此外倍频器漏极连接共栅放大器，起到放大信号作用的同时，增加了倍频器的隔离度；所述第三部分电路由带有尾电流的全差分放大器组成，可以实现二次谐波信号的放大和其共模信号的抑制作用；所述第四部分电路完成放大器输出阻抗到50欧姆负载的匹配，并且实现差分信号到单端信号的转换。此外，通过引入三线圈变压器和电容耦合，可以实现陷波的功能，以此来更好的抑制谐波。
[0011]优选的是，本专利技术的第一部分电路是宽带输入变压器匹配网络，由第一变压器、第一电容和第二电容组成，所述第一电容和第二电容形成差分对，与第一变压器的次级线圈串联且分别通过正相输入信号和反相输入信号，所述第一变压器中心抽头接地。
[0012]优选的是，本专利技术的第二部分电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第三电容、和第二变压器；所述第一晶体管和第二晶体管栅极连接输入信号，漏极相连并与第三晶体管源极相接；所述第三晶体管栅极串联第三电阻到电源；并联第三电容到地；所述第一电阻和第二电阻串联，并且两者一起并联在第一晶体管和第二晶体管的栅极；所述第一电阻和第二电阻之间连接偏置电压；所述第二变压器的主线圈连接第三晶体管漏极。
[0013]优选的是，本专利技术的第三部分电路包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第四电容、第五电容；所述第三晶体管和第四晶体管的源极与第五晶体管的漏极相接；所述第四电容和第五电容分别跨接第三晶体管和第四晶体管的栅极与源极。
[0014]优选的是，本专利技术的第四部分电路包括第一电感、第二电感、第三电感、第六电容、第七电容、第八电容；所述第一电感和第二电感组成主要宽带匹配变压器；所述第三电感和第六电容组成第三个耦合谐振回路，所述的第七电容和第八电容组成电容耦合电路。
[0015]优选的是，本专利技术第一部分电路中的第一变压器次级线圈的中心抽头连接地。所述第二部分电路中的第二变压器初级线圈连接第三晶体管的漏极和电源VDD，次级线圈中心抽头连接偏置电压。所述的第四部分电路中的第一电感的中心抽头连接电源VDD。
[0016]优选的是，本专利技术第二部分电路的第三晶体管尺寸是第一晶体管和第二晶体管尺寸的两倍。所述的第一变压器的初级线圈作为第三晶体管的负载。
[0017]优选的是，本专利技术第三部分电路的第五晶体管栅极连接外部电流源。所述第三晶体管和第四晶体管尺寸相同，且为差分对管。所述第四部分电路的第一电感为第三部分电路的负载。
[0018]优选的是，本专利技术第一部分电路中的第一变压器，第二部分电路中的第二变压器
和第四部分电路中的第一电感、第二电感皆为宽带变压器且都可以实现单端信号和差分信号之间的互相转换。
[0019]本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：一种基于谐波抑制设计的倍频器结构，提出了一种三线圈以及电容耦合的宽带变压器，可以起到陷波的作用，在保证超宽带设计的基础上实现较好的谐波抑制效果。此外将陷波结构与匹配网络结合，大大减小了无源器件的面积；本专利技术采用优化的pushpush结构完成倍频器设计，并且级联带尾电流的全差分放大器，在保证输出功率和工作稳定性的同时实现了共模抑制，而且更加有利于级联设计；本专利技术采用模块化的设计思维，可以高效的完成设计以及检查工作，并且方便其他项目的重复使用；本专利技术采用高度对称的设计方案，电路搭建时充分考虑版图布局，版图寄生小且美观简洁；本专利技术使用的倍频器有源电路偏压较低，因此静态功耗极低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波抑制的倍频电路结构，其特征在于包括依次串联的宽带变压器网络组成第一部分电路(100)、二倍频器有源区组成第二部分电路(200)、带有尾电流的全差分放大器组成第三部分电路(300)、带有陷波特性的宽带变压器组成第四部分电路(400)。2.根据权利要求1所述的基于谐波抑制的倍频电路结构，其特征在于：所述第一部分电路(100)是宽带输入变压器匹配网络，由第一变压器(101)、第一电容(102)和第二电容(103)组成，所述第一电容(102)和第二电容(103)形成差分对，与第一变压器(101)的次级线圈串联且分别通过正相输入信号和反相输入信号，所述第一变压器(101)中心抽头接地。3.根据权利要求1所述的基于谐波抑制的倍频电路结构，其特征在于：所述第二部分电路(200)包括第一电阻(201)、第二电阻(202)、第三电阻(203)、第一晶体管(205)、第二晶体管(206)、第三晶体管(207)、第三电容(204)、和第二变压器(208)；所述第一晶体管(205)和第二晶体管(206)栅极连接输入信号，漏极相连并与第三晶体管(207)源极相接；所述第三晶体管(207)栅极串联第三电阻(203)到电源；并联第三电容(204)到地；所述第一电阻(201)和第二电阻(202)串联，并且两者一起并联在第一晶体管(205)和第二晶体管(206)的栅极；所述第一电阻(201)和第二电阻(202)之间连接偏置电压；所述第二变压器(208)的主线圈连接第三晶体管(207)漏极。4.根据权利要求1所述的基于谐波抑制的倍频电路结构，其特征在于：所述第三部分电路(300)包括第三晶体管(301)、第四晶体管(302)、第五晶体管(303)、第四电容(304)、第五电容(305)；所述第三晶体管(301)和第四晶体管(302)源极与第五晶体管(303)漏极相接；所述第四电容(304)和第五电容(305)分别跨接第三晶体管(301)...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺平洋，冯一坤，
申请(专利权)人：南京汇君半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：