一种基于全通网络和低通网络的无源移相器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于全通网络和低通网络的无源移相器。本发明专利技术包括由磁耦合全通网络构成的90

【技术实现步骤摘要】
一种基于全通网络和低通网络的无源移相器


[0001]本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种基于全通网络和低通网络的无源移相器。

技术介绍

[0002]近年来，sub
‑
6GHz频段的无线通信应用日益广泛，使得6GHz以下的通信频段逐渐变得拥挤，而6GHz以上的射频和毫米波频段带宽资源丰富，适用于宽带毫米波5G通信和高通量低轨卫星通信。然而随着工作频率的提高，信号在无线传输过程中路径损耗增大，为实现远距离传输，相控阵天线技术通过波束成形提高了发射机等效全向辐射功率和接收机信噪比，补偿了高频信号较大的路径损耗，同时可以实现灵活的信号覆盖。
[0003]相控阵系统的波束扫描是通过控制阵列中每个单元接收或发射信号的相位来实现的，因此，控制信号相位的移相器模块是相控阵系统的关键模块之一。为实现高精度的波束扫描，移相器应当具有全向360
°
移相范围、高移相精度和低移相附加幅度波动。相比有源移相器，无源移相器具有零直流功耗的特性，有助于降低大规模阵列的总体功耗，同时，无源移相器支持双向工作，可复用于收发通道，实现面积紧凑的射频收发前端芯片，节约生产成本。
[0004]为降低移相器设计复杂度，180
°
移相可以通过有源放大器的极性切换来方便地实现，这使得无源移相器的移相范围可由360
°
缩小到180
°
。传统的无源移相器主要采用路径选通或延时切换结构，存在的问题包括：(1)移相单元通常只有移相态和参考态两个固定状态，相位误差缺乏校准的方法，在完成流片生产后，不能调整各个单元的移相度数；(2)大的移相单元，如45
°
移相单元和90
°
移相单元，容易引入较大的幅度和相位误差。上述问题导致传统的基于路径选通或延时切换结构的无源移相器难以实现高精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于全通网络和低通网络的无源移相器，该无源移相器可基于CMOS工艺实现，具有高线性度、零直流功耗、支持双向工作的优点，能够实现直接数字控制的0～180
°
移相范围和5.625
°
的移相步进，且移相相位精度较高。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术包括由磁耦合全通网络构成的90
°
移相单元、由片上电感构成的单元间匹配网络、由磁耦合全通网络的45
°
移相单元、由低通网络构成的相位精调单元以及由数字步进衰减器构成的幅度校准单元。
[0008]射频输入差分信号IP和IN经过90
°
移相单元进行0
°
或90
°
移相，产生第一组差分信号V
IP1
和V
IN1
；第一组差分信号V
IP1
和V
IN1
经过单元间匹配网络，产生第二组差分信号V
IP2
和V
IN2
；第二组差分信号V
IP2
和V
IN2
经过45
°
移相单元进行0
°
或45
°
移相，产生第三组差分信号V
IP3
和V
IN3
；第三组差分信号V
IP3
和V
IN3
经过相位精调单元进行0
°
、5.625
°
、11.25
°
、16.875
°
、22.5
°
、28.125
°
、33.75
°
或39.375
°
移相，产生第四组差分信号V
IP4
和V
IN4
；第四组差分信号
V
IP4
和V
IN4
经过幅度校准单元，减小移相时相位切换带来的幅度波动，并产生射频输出差分信号OP和ON。
[0009]本专利技术的有益效果是：
[0010]本专利技术采用全通网络结构来实现45
°
和90
°
移相单元，使用低通网络结构来实现相位精调单元，在流片生产后，通过调整片上可变电容的控制字，可以对移相度数进行校准和优化，从而可以改善移相相位精度。
[0011]本专利技术采用纯无源结构来实现移相功能，具有高线性度和零直流功耗的优点，因此可大大降低相控阵系统尤其是大规模相控阵系统的功耗。
[0012]本专利技术的移相器支持双向工作，输入输出可以进行调换而移相性能保持一致，因此可复用于接收通道和发射通道的公共端，实现面积紧凑的射频收发前端芯片，降低生产成本。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本专利技术一种基于全通网络和低通网络的无源移相器的结构框图；
[0015]图2是本专利技术一种基于全通网络和低通网络的无源移相器的电路结构示意图；
[0016]图3是本专利技术的一种幅度校准单元的结构框图；
[0017]图4是本专利技术的一种片上可变电容电路结构的示意图；
[0018]图5为本专利技术的一种基于全通网络和低通网络的无源移相器的移相仿真结果和移相误差仿真结果。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。
[0020]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0021]以及，在本专利技术的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”“水平”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0022]请参阅图1至图5，本专利技术实例包括：
[0023]如图1所示，本专利技术提供的一种基于全通网络和低通网络的无源移相器包括依次连接的由磁耦合全通网络构成的90
°
移相单元、由片上电感构成的单元间匹配网络、由磁耦
合全通网络的45
°
移相单元、由低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全通网络和低通网络的无源移相器，其特征在于：包括由磁耦合全通网络构成的90
°
移相单元、由片上电感构成的单元间匹配网络、由磁耦合全通网络的45
°
移相单元、由低通网络构成的相位精调单元以及由数字步进衰减器构成的幅度校准单元；射频输入差分信号IP和IN经过90
°
移相单元进行0
°
或90
°
移相，产生第一组差分信号V
IP1
和V
IN1
；第一组差分信号V
IP1
和V
IN1
经过单元间匹配网络，产生第二组差分信号V
IP2
和V
IN2
；第二组差分信号V
IP2
和V
IN2
经过45
°
移相单元进行0
°
或45
°
移相，产生第三组差分信号V
IP3
和V
IN3
；第三组差分信号V
IP3
和V
IN3
经过相位精调单元进行0
°
、5.625
°
、11.25
°
、16.875
°
、22.5
°
、28.125
°
、33.75
°
或39.375
°
移相，产生第四组差分信号V
IP4
和V
IN4
；第四组差分信号V
IP4
和V
IN4
经过幅度校准单元，减小移相时相位切换带来的幅度波动，并产生射频输出差分信号OP和ON。2.根据权利要求1所述的一种基于全通网络和低通网络的无源移相器，其特征在于：所述的90
°
移相单元由片上电感L
11
、L
12
、L
13
、L
14
，片上可变电容C
11
、C
12
、C
13
组成；片上电感L
11
的一端与片上可变电容C
11
的一端相连接并接到射频输入端口正端IP，另一端与片上电感L
12
的一端和片上可变电容C
13
的一端相连；片上电感L
12
的另一端与片上可变电容C
11
的另一端相连作为第一组差分信号的正端V
IP1
；片上可变电容C
13
的另一端与片上电感L
13
的一端和片上电感L
14
的一端相连接；片上电感L
13
的另一端与片上可变电容C
12
的一端相连接并接到射频输入端口负端IN；片上电感L
14
的另一端与片上可变电容C
12
的另一端相连作为第一组差分信号的负端V
IN1
。3.根据权利要求2所述的一种基于全通网络和低通网络的无源移相器，其特征在于：所述的90
°
移相单元的片上电感L
11
、L
13
的片上电感感值相同，片上电感L
12
、L
14
的片上电感感值相同，片上可变电容C
11
、C
12
所取的电容值相同。4.根据权利要求1所述的一种基于全通网络和低通网络的无源移相器，其特征在于：所述的单元间匹配网络由片上电感L
21
、L
22
组...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志伟，詹迎，李娜雨，杨博涛，高会言，王绍刚，卢航，宋春毅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：