[发明专利]一种基于矢量合成的片上有源移相器

说明书

本发明涉及有源移相器，提供一种基于矢量合成技术的片上有源移相器，用于解决片上有源移相器功耗高、相位误差和幅度误差大的问题。本发明包括功率分配单元、正交信号产生单元、两个差分信号产生单元、信号合成单元及输出巴伦，单端输入信号输入功率分配单元的输入端，功率分配单元将输入信号分为两路同相信号输出到正交信号产生单元，正交信号产生单元产生一组正交信号分别输入两个差分信号产生单元，每个差分信号产生单元产生一组差分信号输入信号合成单元，信号合成单元将两组差分信号合成为一组差分信号输入输出巴伦。本发明提供有源移相器结构简单，在保证电路功耗低、相位精度高的情况下有效提高信号功率增益，适合大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及有源移相器，具体涉及一种基于矢量合成技术的片上有源移相器。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，人们对高速率、大容无线通信的需求越来越强烈，而当前的一些无线通信技术受限于有限的带宽与信道资源，很难满足人们的需求，毫米波频段具有丰富频谱资源，可以满足高速无线通信应用的需求，但是目前毫米波前端产品较差的性能表现以及高昂的价格成本严重阻碍了毫米波通信技术的推广应用。相控阵技术独特的技术优势可以大幅度提升毫米波通信系统的表现，而利用CMOS工艺进行毫米波集成电路设计可以显著的降低系统的成本，所以硅基CMOS毫米波相控阵技术成为高速无线通信系统的一个热门技术解决方案。

移相器作为相控阵系统核心部件，对整个系统性能的好坏起着关键性的作用。目前，移相器虽然能够采用无源器件来搭建，但是它们的物理尺寸较大、配套的控制电路相对复杂，不适合大规模集成；有源移相器结构简单、控制方便、集成度高且损耗较低，非常适合采用商用IC工艺进行设计生产，有利于相控阵系统商业应用的推广。对于CMOS毫米波移相器，采用有源结构可以提高增益，但有源移相器的功耗较大、相位精度不高、相位误差和幅度误差较大，不能很好的满足系统的应用需求。因此，设计一种精度高、误差小、功耗低的有源移相器一直是CMOS移相器努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于矢量合成的片上有源移相器，用于解决现有技术存在的片上有源移相器功耗高、相位误差和幅度误差大，不能满足系统要求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于矢量合成的片上有源移相器，包括功率分配单元、正交信号产生单元、两个差分信号产生单元、信号合成单元及输出巴伦，其中，单端输入信号输入功率分配单元的输入端，功率分配单元将输入信号分为两路同相(幅度可控)信号输出到正交信号产生单元，正交信号产生单元产生一组(两路)正交信号分别输入两个差分信号产生单元，每个差分信号产生单元产生一组差分信号输入信号合成单元，信号合成单元将两组差分信号合成为一组差分信号输入输出巴伦、输出巴伦将该差分信号转换为单端输出信号。

本发明中，所述差分信号产生单元包括输入匹配电路、场效应管及级间巴伦，所述输入匹配电路由两个电感组成的，所述场效应管栅极连接匹配电路、源级连接接地电感、漏极连接级间巴伦，所述级间巴伦将单端信号转化为差分信号。

进一步的，所述级间巴伦包括两个上下耦合的正八边形线圈，其中，下级线圈一端接场效应管漏极、另一端接地，上级线圈两端输出、且上级线圈的中心抽头与下级线圈的接地端相连。

本发明中，所述正交信号产生单元由一个Π型低通网络与一个T型高通网络构成，所述Π型低通网络由串联电感以及并联在该电感两端两个电容组成，所述T型高通网络由两个串联电容以及一端连接于两个电容之间的电感组成。

本发明中，所述信号合成单元包括由八个场效应管组成的吉尔伯特单元电路，每个场效应管栅极连接有开关控制电路以及去耦电容。

本发明中，所述输出巴伦包括两个上下耦合的正八边形线圈，其中，上级线圈的中心抽头接信号合成单元的差分信号输出端口、且该中心抽头并联有短路微带线，下级线圈一端输出、另一端接地；上级线圈中心抽头作为直流电馈电点。