[发明专利]宽带CMOS二阶有源巴伦放大器

说明书

一种宽带CMOS二阶有源巴伦放大器，使用两级有源巴伦的串联结构，获得了更高的相位精度以及满足射频电路高损耗的要求。通过输入π型匹配电路消除了信号源到负载传输过程中的相移，实现了50Ω的输入阻抗匹配。第一级有源巴伦电路和第二级输出有源巴伦电路采用电容进行交叉耦合连接，第一阶有源巴伦电路使用宽带相位校正技术得到相位误差和增益误差较小的Vo1和Vo2；第二阶有源巴伦电路利用两个双端转单端的巴伦作为输出端，代替了传统的源跟随器作为缓冲器，利用信号之间的相位补偿来提高相位精度，同时实现了输出匹配。本发明可用于1～8GHz的有源巴伦放大器。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，更进一步涉及射频集成电路技术领域中的一种用于L～C波段的宽带互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)二阶有源巴伦放大器。本发明可用来无线通信系统中实现单端与双端信号之间的转换，同时提供一定的功率增益及更好的输入输出隔离，保证了信号良好的平衡性。

背景技术

进入21世纪以来，集成电路设计技术得到飞速发展，各类新型数字和射频电路应用也越来越广泛，发射/接收通信模块的数字传输频率要求也越来越高。而在射频电路等无线通信系统中，需要使用差分信号，特别是具有对称配置的差分信号来减少共模噪声和毛刺的干扰，同时消除直流偏移，以提高系统的可靠性和稳定性，同时增强平衡倍频器中的基波抑制，混频器中端口之间的隔离度以及平衡放大器中的带宽。在高频电路的射频或者微波输入端，信号都常常被设计成单端的。巴伦电路具有单端与双信号之间的转换功能。与此同时，巴伦电路具有频率宽带和阻抗匹配两大特性。这使得巴伦得以广泛应用在射频电路的设计中，并成为一项射频电路设计的关键技术。

北京无线电测量研究所在其申请的专利文献“一种中频双向有源巴伦”(申请号201610683247.7，公开号CN106330132A，公开日2017.01.11)中公开了一种中频双向有源巴伦电路。该中频双向有源巴伦电路包括电源调制单元、单转双单元、双转单单元、单端匹配单元以及差分匹配单元，电源调制单元分别与单转双单元以及双转单单元连接，单转双单元输入端与单端匹配单元连接，输出端与差分匹配单元连接，双转单单元输入端与差分匹配单元连接，输出端与单端匹配单元连接。该中频双向有源巴伦电路使用基于电源调制的切换方式，提供了一种对信号实现双向变换的中颇有源巴伦芯片，有效降低了芯片的使用面积。该发明在避免使用信号开关引入额外插入损耗和额外噪声的前提下，弥补了无源巴伦在中频频段体积过大的缺点，同时解决传统有源巴伦电路无法实现信号双向变换功能的问题。但是，该中频双向有源巴伦仍然存在的不足之处在于，该发明的单转双电路部分采用的单晶管分离结构有源巴伦结构，通过简单实用的操作实现差分输出，在远低于毫米波MMW(Millimeter Waves)频率时的低频段工作时，还具有相当精确的差分相位。但是当这类电路工作在高频段时，电路寄生效应对于有源巴伦电路的性能有着较大的影响，两个输出之间的相位误差会由于寄生效应而显著增加。并且由于负载端的性能和频率相关，很难在宽频带范围内实现所需功能。