[发明专利]一种基于高Q值可调谐有源电感的微型功分器

说明书

本发明公开了一种基于高Q值可调谐有源电感的微型功分器，所述微型功分器包括输入端口(P1)、电容单元、第一有源电感、第二有源电感、隔离电阻、第一输出端口(P2)和第二输出端口(P3)。其中第一有源电感和第二有源电感具有完全相同的结构，都是基于回转器原理实现，它们由正跨导放大器、负跨导放大器、构成反馈回路的Cascode电流镜结构以及双重外部电压偏置电路构成。与传统无源功分器相比，本发明提出的新型功分器采用有源电感替代无源螺旋电感，实现了高品质因数(Q值)、工作频率范围和电感值可调谐，在不增加太大功耗的同时大幅度减小芯片面积，同时减弱衬底寄生效应影响，使功分器实现微型化、低插入损耗和高隔离度性能。

技术领域

本发明涉及一种射频集成电路设计领域，特别涉及一种基于高Q值可调谐有源电感的微型功分器。

背景技术

当前，微型化射频集成电路设计对实现工作在人体体内的可植入式生物医疗设备(如无线胶囊内窥镜)或新兴的可穿戴式设备具有非常重要的理论与现实意义。

在微型化射频集成电路设计中，功分器是构成混频器、移相器、功率放大器等射频电路的关键组成部分，它是将输入信号分成相等或者不相等的几路功率输出信号的一种多端口网络器件，其性能优劣直接影响到整个系统的能量分配和合成效率。为了适应传输信号越来越多的分配需求，功分器得到了广泛关注。

目前国内外研究较多的功分器为威尔金森(Wilkinson)功分器，它的实现形式主要有传输线型与集总元件型。基于传输线的Wilkinson功分器由四分之一波长阻抗变换结构和隔离电阻等构成，该类功分器设计方法比较灵活，插入损耗低，缺点是工作带宽窄，且传输线结构需要大的芯片面积。基于集总LC无源元件的功分器由串联电容C和并联无源螺旋电感L等构成，如图1所示，它的输入输出反射系数好，输出端口间的隔离度高，但由于无源螺旋电感面积大、品质因数(Q)低、电感值不可调谐等缺点，也难于满足微型化功分器的应用要求。

随着CMOS技术的发展，MOS管元件尺寸不断缩小，但占大部分芯片面积的无源螺旋电感元件并不随CMOS技术的演进而成比例缩小。另一方面，基于回转器原理的有源电感由一个正跨导放大器和一个负跨导放大器构成回转器加一个电容C来实现，与传统的无源螺旋电感元件相比，有源电感占用芯片面积小，仅为无源螺旋电感的1%~10%，并能在宽频率工作范围内实现对电感值和Q值的调谐。

因此，本发明在传统的传输线型与集总元件型Wilkinson功分器基础上，探索一种基于高Q值可调谐有源电感的微型功分器，使提出的功分器无需无源螺旋电感元件，且同时满足微型化、低插入损耗和高隔离度等性能要求。

发明内容

本发明提供了一种基于高Q值可调谐有源电感的微型功分器。通过采用新型有源电感替代无源螺旋电感，获得高Q值，实现工作频率范围和电感值的可调谐，进而达到优化功分器性能的目的。

本发明通过如下技术方案实现：提出的微型功分器包括：输入端口(P1)、电容单元、第一有源电感、第二有源电感、隔离电阻、第一输出端口(P2)和第二输出端口(P3)。

电容单元包括四个固定电容元件，它们分别排列在输入端口(P1)与第一、第二输出端口(P2、P3)之间，第一电容与第三电容相连并分别接入输入端口(P1)与第一输出端口(P2)之间，第二电容与第四电容相连并分别接入输入端口(P1)与第二输出端口(P3)之间；第一电容与第三电容相连点接入第一有源电感的输入端，第二电容与第四电容相连点接入第二有源电感的输入端。

隔离电阻的一端连接于第三电容和第一输出端口(P2)之间，隔离电阻的另一端连接于第四电容和第二输出端口(P3)之间，用来平衡两个输出支路端口间的隔离度。

第一有源电感和第二有源电感具有完全相同的结构，都是基于回转器原理实现，它们由正跨导放大器、负跨导放大器、构成反馈回路的Cascode电流镜结构以及双重外部偏置电压电路构成。