[发明专利]一种基于不对称交叉连接的超宽带倍频器

说明书

本发明公开了一种基于不对称交叉连接的超宽带倍频器，所述超宽带倍频器包括：带电流源的射极跟随器、超宽带有源巴伦、倍频器核心单元；倍频器核心单元包括：两组不同射极面积的差分结构，2个差分结构发射极交叉连接；输入信号通过一个带尾电流源进入超宽带有源巴伦转化成一组差分信号，该差分信号通过一个带尾电流射极跟随器进入倍频器核心单元；解决了现有的不足，形成了带宽为8‑42GHz超宽带倍频器；该倍频器无高阶滤波器大大减少了芯片面积，可以作为许多电路的通用倍频器，为毫米波及太赫兹频段以及一些特殊双频段(5G通信)VCO提供一种新实现的方法。

技术领域

本发明涉及有源倍频器领域，具体地，涉及一种基于不对称交叉连接的超宽带倍频器。

背景技术

无论是发射机的载波还是接收机的本振振荡都需要一个高纯度，高稳定的本振源来提供信号的上下变频，以便发射、传输、接收所需的信号。而传统的频率振荡器，VCO由于收到晶体管本身性能的截止频率的限制，在工作频率提升到毫米波以及太赫兹频段时，VCO就很难提供符合要求的本振信号。

用一个低频本振源通过一个或者几个倍频器级联的形式来获得收发系统中所需要的本振源。其中倍频器主要利用器件的非线性产生谐波，得到其高次谐波进而得到较好的高频信号，这在某种程度上可以大大减少VCO的设计难度，可以增加VCO的可调性和稳定性。

根据结构可以分为无源倍频器和有源倍频器，其中无源倍频器主要其中倍频器主要利用器件的非线性产生谐波，然后通过滤波器选出自己所需要的信号频率。因为没有直流提供能量，会产生大量变频损耗，常常需要一个放大器来弥补能量损失，这样会大大消耗直流功率，如果没有高阶滤波器，倍频器的带宽和隔离度会很低，引入高阶滤波器会大大增加芯片面积。

因为相对于无源倍频器而言，有源倍频器往往可以提供一个可观的转化增益，而且通过选择合适的电路topology可以实现有效的隔离度和干扰波抑制比，无需高阶滤波器。而以前有源倍频器常常选择吉尔伯特电路，而吉尔伯特作为有源倍频器在基波和三次谐波抑制能力和功耗的限制，使得人们不得不寻找一种新型有源倍频器结构

不对称交叉连接的差分结构最早是由Ogawa提出，而在1978年Kusakabe将其作为一种乘法器而提出,随后在1992年Kimure将该电路发展成为一种准对数整流器，随后又实现了一个四象限乘法器，由于Kimure应用后，该结构逐渐趋于成熟，故这种交叉连接差分结构又称 Kimure core结构

发明内容

本发明提供了一种基于不对称交叉连接的超宽带倍频器，解决了现有的不足，该倍频器无高阶滤波器大大减少了芯片面积，可以作为许多电路的通用倍频器，为毫米波及太赫兹频段以及一些特殊双频段(5G通信)VCO提供一种新实现的方法。

本申请中的基于不对称交叉连接的超宽带倍频器包括：带电流源的射极跟随器、超宽带有源巴伦、倍频器核心单元；倍频器核心单元包括：两组不同射极面积的差分结构，2个差分结构发射极交叉连接；输入信号通过一个带尾电流源进入超宽带有源巴伦转化成一组差分信号，该差分信号通过一个带尾电流射极跟随器进入倍频器核心单元；

超宽带有源巴伦包括：晶体管Q1和Q2、一个电流源、两个电容C1和C2；晶体管Q1的基极与输入信号相连，晶体管Q1的基极通过电容C1与晶体管Q2的集电极相连，晶体管Q1 和Q2的发射极相互连接并与一个尾电流源I0相连，晶体管Q1的集电极通过电容C2与晶体管Q2的基极相连；

倍频器核心单元包括：四个晶体管Q1-Q4、两个电流源；Q1、Q2具有相同的发射极面积， Q3、Q4具有相同的发射极面积，且Q3和Q4的发射极面积是Q1和Q2发射极面积的K倍；Q1和Q3的基极相连并接入差分信号正极，Q2和Q4的基极相连接入差分信号的负极；Q1和Q2 的集电极相连，Q3和Q4的集电极相连；Q1与Q4的发射极相连并连接在一个电流源上，Q2 与Q3的发射极相连并连接在一个尾电流源上。