[发明专利]一种超宽带低噪声高平衡片上有源巴伦

说明书

本发明提出了一种超宽带低噪声高平衡片上有源巴伦，在整体电路的输入端采用宽带匹配网络实现超宽频带内的匹配特性；第一级放大器采用共射共基极低噪声放大器来减小整体有源巴伦的噪声系数，并在第一级放大器的输出采用片上电感来补偿高频增益；第二级放大器采用达林顿单元的差分放大器，在每个达林顿管的集电极和基极之间采用电阻反馈技术保证达林顿管工作的稳定性，在达林顿单元差分对的尾电流引入串联电感来补偿尾电流的寄生电容来提升输出差分信号的平衡性；第一级放大器和第二级放大器之间采用射随器来实现两级之间的隔离和直流电位的移位。本发明具有噪声系数小、带宽宽、高平衡性的特点。

技术领域

本发明属于超宽带射频集成电路领域，涉及一种在超宽频带内具有低噪声系数和高平衡特性的有源巴伦。

背景技术

巴伦又称为平衡-不平衡转换器，作为一种单端到差分的转换器，在通信系统中的全差分放大器、移相器和平衡混频器等中有着广泛应有。常用的巴伦大致可以分为两类：无源巴伦和有源巴伦。无源巴伦有无源变压器结构，传输线耦合器巴伦等，不仅占用面积大不利于集成，而且还具有较大的插入损耗。有源巴伦常用的结构有CG/CS结构，cascade-cascode结构，差分对结构等。这些常见结构的有源巴伦占用面积小，便于集成，但是不能在超宽频带内具有低噪声系数和高平衡的特性。

超宽带技术具有抗干扰能力强、穿透能力强、被截获概率低、多径分辨力强、传输速率高、定位精度高等众多优点，应用于超宽带通信系统中的巴伦应具有较宽的带宽。有源巴伦主要指标有：(1)工作带宽；(2)增益；(3)差分信号输出的幅度不平衡性和相位不平衡性；(4)功耗；(5)占用面积；(6)输入匹配和输出匹配；(7)群时延。

射频前端电路中有单端电路模块和差分电路模块，一个较小噪声系数的巴伦可以显著减弱后级电路噪声对整体系统噪声系数的影响。巴伦差分输出信号的不平衡性对下级差分电路也有着极大影响，尤其对于高频共模抑制比不高的电路，因此一个巴伦差分输出信号应具有较高的平衡性。

发明内容

本发明提出一种超宽带低噪声高平衡片上有源巴伦，具有噪声系数小、带宽宽、高平衡性的特点。

本发明的技术方案如下：

一种超宽带低噪声高平衡片上有源巴伦，主要由输入匹配网络、第一级放大器和第二级放大器构成；所述输入匹配网络采用宽带匹配结构以实现超宽频带内的匹配特性，第一级放大器采用共射共基极放大电路以减小有源巴伦整体的噪声系数，并在第一级放大器的输出串联片上电感以补偿高频增益；第二级放大器采用达林顿单元的差分放大器，在达林顿管差分对的集电极和基极之间均引入反馈电阻，在达林顿单元差分对的尾电流引入串联电感以补偿尾电流的寄生电容；在第一级放大器与第二级放大器之间采用射随器进行隔离，使得有源巴伦的噪声特性和平衡特性相对独立。

在以上方案的基础上，本发明还进一步作了如下具体优化：

所述输入匹配网络采用电感L₁、电容C₂和电容C₃组成π型匹配网络，电感L₁的一端接至有源巴伦对外的输入端口，另一端接至第一级放大器中作为输入端的基极，电容C₂和电容C₃分别在电感L₁的两端接地。

所述第一级放大器中，晶体管Q₁和晶体管Q₂构成共射共基结构，晶体管Q₁和晶体管Q₂的基极分别接直流偏置，晶体管Q₁的基极与输入匹配网络的输出相连，发射极接地，集电极与晶体管Q₂的发射极连接；晶体管Q₂的集电极依次串联电阻R₂和电感L₁接至直流电源。