[发明专利]一种宽带低失调的有源Balun电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种应用于宽带、低幅度失调和相位失调的有源Balun电路，可用于射频微波接收机前端等需要低失调的单端输入差分输出的模拟集成电路中。

背景技术

随着通信和半导体技术的发展，各种移动通信和无线数据传输迅速发展，而同时，人们对无线通信技术的高速率和大带宽要求越来越强烈，这促使人们不断去开发利用更高频带资源和研究超高频的无线通信技术。而同时，无线通信集成电路却朝着高度集成的片上系统的方向发展，因此实现宽带高频的射频平衡-非平衡阻抗变换器（Balun）已成为无线集成电路设计的必然要求。对于射频微波的Balun电路，如果采取无源Marchand Balun电路，不仅有信号增益的损失，而且占用面积很大；而如果继续采用传统的电容交叉耦合（CCC：Capacitor Cross Coupled）模式的有源Balun电路，虽然电路占用面积小，但由于寄生电容效应的影响，高频时其产生的差分信号很难在宽频带范围内同时实现较小的幅度失调和相位失调。因此，实现高频、宽带、低相位失调和幅度失调的有源Balun电路成为一个很大的设计挑战。

发明内容

本发明的目的是设计一种具有低失调和宽带特点的用于接收机系统中射频前端有源Balun电路，可工作在射频微波频段。

本发明设计的用于接收机系统中射频前端有源Balun电路，它由共源放大器（CS）和源跟随放大器（CD）组成，如图1所示。晶体管M1和电阻Rp、Rd构成共源放大器：晶体管M1是放大管，其栅端为信号输入端，漏端是信号输出端，源端连接到地；电阻Rd作为负载，它的一端接在电源上，而另一端接在M1晶体管的漏端；输入信号VIN通过电容Cc耦合至M1晶体管栅极输入端，而在其漏端输出反相信号VOUT-。

晶体管M2、M3和电阻Rp1、电容Cf构成源跟随放大器：晶体管M2是放大管，其栅端为信号输入端，漏端接在电源上，而源端是信号输出端；晶体管M3是晶体管M2的有源负载，其漏端连接于晶体管M2的源极，而源端连接到地；电容Cf加载在晶体管M2的源极输出端和地之间；输入信号VIN加载在晶体管M2栅极输入端，而在其源极输出同相信号VOUT+。

直流偏置电压Vgg、Vgg1由外部输入，并通过交流隔离电阻Rp、Rp1分别加载在晶体管M1、M3的栅极上。

该电路晶体管M1和晶体管M3的栅极直流偏置电压Vgg、Vgg1由外部输入，它们对电路的直流功耗、源跟随放大器的增益、共源放大器的相位偏离程度有影响，应根据实际工作情况进行优化。

本发明中，“源跟随放大器”获得同相相位输出，通过合理设置晶体管M2、M3尺寸和Vgg1偏置电压，可获得源跟随放大器最大幅度输出。

本发明中， “共源放大器”获得反相相位输出，通过合理设置晶体管M1尺寸、偏置电压Vgg和负载阻抗Rd，可获得共源放大器最小相位差偏离程度输出。

本发明中，“源跟随放大器”中负载电容 Cf是寄生电容较小的MIM（金属绝缘层金属）电容，调节该电容大小可以改变源跟随放大器中输出信号相位偏离输入信号相位的程度，由此实现电路较小的相位失调。 

本发明中，“共源放大器”中负载电阻Rd是多晶硅电阻，通过调节该电阻阻值的大小可以改变共源放大器的电路增益，由此实现电路较小的幅度失调。

本发明中，耦合电容Cc是寄生电容较小的MIM（金属绝缘层金属）电容，调节该电容大小可获得最大输入信号传输，使共源放大器栅输入端获得最大的输入信号。

本发明中，偏置电阻Rp、Rp1可以是多晶硅电阻。

本发明电路摒弃传统的电容交叉耦合（CCC：Capacitor Cross Coupled）模式的有源Balun电路，采用共源放大器和源跟随放大器组成的简单结构。在源跟随器引入电容Cf作为调节相位平衡的自由度因子，结合共源放大器调节幅度平衡的负载电阻Rd，使得有源Balun电路在宽频带范围内同时实现较小的幅度失调和相位失调。