[发明专利]一种宽带高精度有源移相器

说明书

本发明属于射频微波集成电路设计领域，具体为一种宽带高精度有源移相器。该移相器主要包括正交信号产生器、象限选择开关、VGA以及输出BUFFER。该移相器没有采用传统的调整正交信号幅度的方法，即通过改变偏置电流来控制信号幅度，而是采用了通过开关控制一系列子增益单元来合成所需要的幅度的方法，解决了传统移相器中由于MOS管的线性度有限导致移相准确度下降的问题，同时也省去了复杂的高位DAC的设计。此外，该移相器的象限选择开关同时还具有放大作用，并对噪声系数起抑制作用；移相器的输出BUFFER中的共源放大器的负载可调，从而可以对信号的带内平坦度起到调节作用。

技术领域

本发明属于射频微波集成电路设计领域，具体涉及一种应用于多功能收发组件中的宽带高精度移相器，可用于无线通讯、雷达探测、电子对抗等相关相控阵系统中。

背景技术

宽带有源移相器作为有源相控阵系统的核心组成部分，对有源相控阵系统的性能有决定性的影响，其指标直接决定了相控阵系统的技术标准，其重量和体积直接影响到相控阵系统的小型化，其可靠性和成本决定了相控阵系统的应用前景。由于在一个相控阵系统中所装备的移相器数量巨大，在符合相控阵系统既定设计指标的条件下，我们应尽可能降低其组件的体积、重量，控制元器件成本。为解决以上问题，国内外研究机构都在积极的利用CMOS集成电路工艺来设计实现相控阵系统中的组件。

有源移相器主要利用正交信号产生器产生正交信号，然后将正交信号送入到一个VGA中来调整正交信号各自的幅度，最终再将正交信号合成便可以实现移相。而通常的移相器大多通过控制VGA的偏置电流来实现对正交信号幅度的调整，这种结构的缺点是当移相器的精度较高时，会需要变化范围非常大的偏置电流，一方面很难准确的产生变化范围如此大的偏置电流；另外一方面当偏置电流的变化范围比较大时，受限于MOS管的线性度，VGA的增益也会偏离预期值，移相准确度下降，导致很难设计出精度较高移相器，而这就是新型移相器需要解决的首要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较宽的频率范围、能够以较高的精度实现移相的宽带高精度有源移相器。

本发明提供的宽带高精度有源移相器，是以全差分的形式实现移相，通过数字开关控制相位的变化，并且可以通过调整控制电压来调整带内增益的平坦度。移相器的具体结构如附图1所示，主要包括以下依次连接的正交信号产生器、象限选择开关（SWITSH）、VGA、输出BUFFER模块，其中：

（1）所述正交信号产生器，用于产生正交信号，如附图2所示。保证正交信号的正交性非常重要，因其直接影响移相器移相的准确度，因此，具体可选用三级多相滤波器（PPF）作为正交信号产生器，因为它能产生非常准确的正交信号，且其带宽足够宽，带负载能力足够强，在工艺发生变化时仍能正常工作；

（2）所述象限选择开关，用于选择正交信号极性，如附图3所示。象限选择开关主要是用来切换信号极性的，但倘若使其同时也具备一定的放大功能，则其还可以对信号的损耗进行一定的补偿，并且还可以对噪声系数起到一定的抑制作用。象限选择开关包括2个共源放大管M1和M2，4个切换开关M3~M6，该电路同时实现信号极性的切换和放大功能。此外，由于该象限选择开关的输入寄生电容要小于VGA，故将其插入在PPF和VGA之间，还可以减小PPF的负载电容，从而降低其损耗；

（3）所述VGA，用于调整正交信号幅度，如附图4所示。该VGA由一系列固定的子增益单元组成，通过开关管选择合适的子增益单元组合使其工作，并在输出节点以电流形式将这些信号相加即，可得到所需的增益，从而实现对正交信号幅度的调整。利用这种方法实现的VGA不再需要大范围变化的偏置电流，也就不需要为了产生变化范围非常大的偏置电流而再去设计复杂的多位DAC。此外由于MOS管的工作状态相对固定，偏置电流不发生变化，就不会有MOS管的线性度限制问题，因此该VGA能够十分精确的控制正交信号的幅度，从而降低移相误差；