[发明专利]射频/毫米波频段用7位高精度宽带有源移相器及应用

说明书

本发明公开了一种射频/毫米波频段用7位高精度宽带有源移相器，前级电路输出的单端信号通过单端转差分无源巴伦转化为差分信号，经过RC正交网络的二阶多相滤波器产生四路I/Q正交信号，经对应的吉尔伯特单元对产生的四路I/Q正交信号提供增益并实现正交信号的矢量合成；合成后的信号经过有源巴伦转化为单端信号并通过相位精调VGA放大输出；采用七位数字控制码的高两位通过象限选择开关选择矢量合成象限，中间四位通过数控电流阵控制两个吉尔伯特单元电流大小实现矢量合成，最低位控制VGA中的开关电容来实现相位精调。本发明电路简单，功耗低，面积小，能够满足相控阵系统波束扫描要求。

技术领域

本发明属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种射频/毫米波频段用7位高精度宽带有源移相器，应用于高精度有源移相器电路设计。

背景技术

移相器是相控阵系统中最重要的模块之一，在射频/毫米波领域应用广泛。通过移相器来控制波束成形，可以使相控阵阵列方向图的零点指向具有很强的抗干扰性，从而保证接收的有用信号不受干扰。移相器的移相误差过大会导致相控阵系统无法实现较为精确的波束指向角度，降低了信噪比，增大了系统对混频器以及后级处理模块动态范围的要求。此外较大的移相精度会导致波束变宽，为了达到既定功率大小，在同等传输距离下，宽波束较窄波束传输需要成倍的T/R单元或更大的功率放大器来进行补偿，增大了系统设计的复杂度。

目前已有部分高精度有源移相器的设计和研究工作。高精度移相器架构可分为两种，一种是两级可调可变增益放大器(Variable-Gain Amplifier,VGA)加单级移相的架构，另一种为二次移相架构。现有一种两级可调VGA架构，如图1所示。为了实现2.7°的移相精度，VGA需要提供18dB的可调范围，单级VGA无法满足要求，因此需要两级级联VGA，且IQ两路采用同样结构，导致占用更大面积。现有另一种二次移相架构，如图2所示。该设计采用两级矢量合成架构，需要采用6个VGA单元，前四个VGA单元用于移相相位的粗调，后两个VGA单元用于移相相位的精调。相位的合成采用控制I/Q路尾电流的大小进行，为了实现较高精度的移相，该设计需要采用更高分辨率的电流阵，由于阱临近效应(well proximity effect,WPE)及氧化层扩散长度效应(length of oxide diffusion,LOD)的影响很难满足高精度电流比例的要求，因此该设计会造成较大的RMS相位误差。

无源移相器由于其精度低，体积大等缺点面临着技术瓶颈，而传统的有源移相器在高精度移相的同时无法满足较为均匀的移相步进，会影响相控阵系统性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种射频/毫米波频段用7位高精度宽带有源移相器，将覆盖射频/毫米波频段，可提供360°范围内7-bit精度控制，移相精度达到2.8°，相比于其他高精度有源移相器架构，电路更简单，功耗更低，面积更小，满足相控阵系统波束扫描要求，可应用于卫星通讯，雷达，汽车驾驶辅助系统以及第五代移动通信技术5G。

本发明采用以下技术方案：

一种射频/毫米波频段用7位高精度宽带有源移相器，包括输入无源巴伦，前级电路输出的单端信号通过输入无源巴伦的单端转差分巴伦转化为差分信号，经过RC正交网络的二阶多相滤波器产生四路I/Q正交信号，经对应的吉尔伯特单元对产生的四路I/Q正交信号提供增益并实现正交信号的矢量合成；合成后的信号经过有源巴伦转化为单端信号并通过相位精调VGA放大输出；采用七位数字控制码的高两位通过象限选择开关选择矢量合成象限，中间四位通过数控电流阵控制两个吉尔伯特单元电流大小，末位控制相位精调VGA中的开关电容。

具体的，相位精调VGA采用共源共栅极，栅极接有一位的开关电容阵，通过开关的切换完成相位细调。