CN101599752B - 一种基于nmos晶体管的平衡-不平衡转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器，属于射频集成电路设计技术领域。所述平衡-不平衡转换器包括：一第一输入级，包括两个NMOS晶体管；一第二输入级，包括两个NMOS晶体管；一个输出级，包括两个NMOS晶体管；一个耦合级，包括两个NMOS晶体管，所述第一输入级和第二输入级分别通过所述耦合级与所述输出级相耦合；一个电流镜，包括四个NMOS晶体管。本发明基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器具有以下两个优点，一是可以与标准CMOS工艺兼容，成本低，功耗低，工作频率高，且易于集成；二是无需无源器件，占用芯片面积小，且对器件参数不敏感，鲁棒性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种平衡-不平衡转换器，尤其涉及一种基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器，属于射频集成电路设计技术领域。
背景技术
平衡-不平衡转换器是一种将平衡信号转换为不平衡信号的电路，通常应用于无线收发机的射频集成电路中。由于无线收发机在朝小型、便携和低成本的趋势发展，所以要求无线收发机内的电路越小越好，且易于集成。
图1为现有技术平衡-不平衡转换器的基本结构示意图。如图1所示，现有技术平衡-不平衡转换器包括输入级P1、输入级P2和输出级S，所述输入级P1、输入级P2和输出级S之间一般采用无源器件比如高品质的电感线圈L通过电磁耦合来实现信号的转换，但是集成在芯片上的电感线圈由于工艺的原因，导致其品质因子较低，所以一般由分立元件构成，从而导致电路的体积大，且不易集成；或者即使对电感线圈的品质因子要求不高，可以将其在芯片上集成，但是占用芯片的面积大，从而导致电路成本较高，且对工艺较敏感。
发明内容
本发明针对现有技术平衡-不平衡转换器中电感线圈品质因子较低而导致电路体积大，且不易集成，或者即使将电感线圈在芯片上集成，但是占用芯片的面积大，从而导致电路成本较高，且对工艺较敏感的不足，提供了一种基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器包括：
一第一输入级，用于输入信号P1，所述第一输入级包括两个串联相连的NMOS晶体管M1和M2；
一第二输入级，用于输入信号P2，所述第二输入级包括两个串联相连的NMOS晶体管M4和M5；
一个输出级，用于输出信号S，所述输出级包括两个串联相连的NMOS晶体管M9和M10；
一个耦合级，所述第一输入级和第二输入级分别通过所述耦合级与所述输出级相耦合，所述耦合级用于将所述第一输入级和第二输入级输入的信号P1和P2耦合到所述输出级，所述耦合级包括两个并联相连的NMOS晶体管M7和M8；
一个电流镜，所述电流镜包括四个NMOS晶体管M6、M12、M11和M3，用于分别给所述第一输入级、第二输入级以及输出级提供电流源。
在所述第一输入级中，所述NMOS晶体管M2的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M1的漏极及所述NMOS晶体管M8的栅极相连，漏极与所述NMOS晶体管M1的源极相连，并作为所述输入信号P1的输入端；所述NMOS晶体管M1的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M3的源极。
进一步，在所述第二输入级中，所述NMOS晶体管M5的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M4的漏极及所述NMOS晶体管M7的栅极相连，漏极与所述NMOS晶体管M4的源极相连，并作为所述输入信号P2的输入端；所述NMOS晶体管M4的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M6的源极。
进一步，在所述输出级中，所述NMOS晶体管M9的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M10的漏极相连，漏极与所述NMOS晶体管M10的源极及所述NMOS晶体管M7和M8的漏极相连，并作为所述输出信号S的输出端；所述NMOS晶体管M10的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M11的源极。
进一步，在所述耦合级中，所述NMOS晶体管M7和M8的源极均接地，漏极均接输出端，所述NMOS晶体管M7的栅极接所述NMOS晶体管M5的栅极，所述NMOS晶体管M8的栅极接所述NMOS晶体管M2的栅极。
进一步，在所述电流镜中，所述NMOS晶体管M3的源极接所述NMOS晶体管M1的漏极；所述NMOS晶体管M6的源极接所述NMOS晶体管M4的漏极；所述NMOS晶体管M11的源极接所述NMOS晶体管M10的漏极，所述NMOS晶体管M12的栅极和自身的漏极相连，所述NMOS晶体管M12的漏极接参考电流源，所述NMOS晶体管M12的源极接地；所述NMOS晶体管M3、M6和M11的漏极均接电源电压。
本发明的有益效果是：本发明基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器仅采用CMOS工艺中的NMOS晶体管在芯片上实现的集成电路，就可以将两个大小相同、相位相差180度的平衡信号转换成一个非平衡信号，并具有以下两个优点，一是可以与标准CMOS工艺兼容，成本低，功耗低，工作频率高，且易于集成；二是无需无源器件，占用芯片面积小，且对器件参数不敏感，鲁棒性高。
附图说明
图1为现有技术平衡-不平衡转换器的基本结构示意图；
图2为本发明实施例基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器的基本结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图2为本发明实施例基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器的基本结构示意图。如图2所示，所述基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器包括一第一输入级，用于输入信号P1，所述第一输入级包括两个串联相连的NMOS晶体管M1和M2；一第二输入级，用于输入信号P2，所述第二输入级包括两个串联相连的NMOS晶体管M4和M5；一个输出级，用于输出信号S，所述输出级包括两个串联相连的NMOS晶体管M9和M10；一个耦合级，所述第一输入级和第二输入级分别通过所述耦合级与所述输出级相耦合，所述耦合级用于将所述第一输入级和第二输入级输入的信号P1和P2耦合到所述输出级，所述耦合级包括两个并联相连的NMOS晶体管M7和M8；一个电流镜，所述电流镜包括四个NMOS晶体管M6、M12、M11和M3，用于分别给所述第一输入级、第二输入级以及输出级提供电流源。
在所述第一输入级中，所述NMOS晶体管M2的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M1的漏极及所述NMOS晶体管M8的栅极相连，漏极与所述NMOS晶体管M1的源极相连，并作为所述输入信号P1的输入端；所述NMOS晶体管M1的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M3的源极。
在所述第二输入级中，所述NMOS晶体管M5的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M4的漏极及所述NMOS晶体管M7的栅极相连，漏极与所述NMOS晶体管M4的源极相连，并作为所述输入信号P2的输入端；所述NMOS晶体管M4的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M6的源极。
在所述输出级中，所述NMOS晶体管M9的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M10的漏极相连，漏极与所述NMOS晶体管M10的源极及所述NMOS晶体管M7和M8的漏极相连，并作为所述输出信号S的输出端；所述NMOS晶体管M10的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M11的源极。
在所述耦合级中，所述NMOS晶体管M7和M8的源极均接地，漏极均接输出端，所述NMOS晶体管M7的栅极接所述NMOS晶体管M5的栅极，所述NMOS晶体管M8的栅极接所述NMOS晶体管M2的栅极。
在所述电流镜中，所述NMOS晶体管M3的源极接所述NMOS晶体管M1的漏极；所述NMOS晶体管M6的源极接所述NMOS晶体管M4的漏极；所述NMOS晶体管M11的源极接所述NMOS晶体管M10的漏极，所述NMOS晶体管M12的栅极和自身的漏极相连，所述NMOS晶体管M12的漏极接参考电流源，所述NMOS晶体管M12的源极接地；所述NMOS晶体管M3、M6和M11的漏极均接电源电压。
所述基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器在工作的过程中，平衡信号P1和P2分别由所述第一输入级和第二输入级处注入，所述平衡信号P1经由所述第一输入级通过所述NMOS晶体管M8耦合至所述输出级，所述平衡信号P2经由所述第二输入级后通过所述NMOS晶体管M7耦合至输出级。该耦合是通过所述NMOS晶体管M7和M8作为压控电流源来实现的，所述第一输入级和耦合级的耦合系数为W8L2/W2L8，所述第二输入级和耦合级的耦合系数为W7L5/W5L7，其中，W2、W8、W5和W7分别为所述NMOS晶体管M2、M8、M5和M7的栅宽，L2、L8、L5和L7分别为所述NMOS晶体管M2、M8、M5和M7的栅长。从所述第一输入级和第二输入级到所述输出级之间没有直接的电流通道，所述NMOS晶体管M5和M7或者所述NMOS晶体管M2和M8可以形成低输入阻抗的电流镜，信号可以从所述NMOS晶体管M5流向NMOS晶体管M7，也可以从所述NMOS晶体管M2流向NMOS晶体管M8。所述基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器的工作频率范围为go/Cgs＜w＜(gm·go)1/2/Cgs，其中go，Cgs，gm分别是所述NMOS晶体管M7或者M8的输出电导，栅-源电容和跨导。所述平衡信号又称差分信号P1和P2经由所述转换器转变成不平衡信号又称单端信号输出后，可送往其他电路模块或者芯片外进行其他处理。
本发明基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器仅采用CMOS工艺中的NMOS晶体管在芯片上实现的集成电路，就可以将两个大小相同、相位相差180度的平衡信号转换成一个非平衡信号，并具有以下两个优点，一是可以与标准CMOS艺兼容，成本低，功耗低，工作频率高，且易于集成；二是无需无源器件，占用芯片面积小，且对器件参数不敏感，鲁棒性高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于NMOS晶体管的平衡-不平衡转换器，包括：
一第一输入级，用于输入信号P1；
一第二输入级，用于输入信号P2；
一个输出级，用于输出信号S；
一个耦合级，所述第一输入级和第二输入级分别通过所述耦合级与所述输出级相耦合，所述耦合级用于将所述第一输入级和第二输入级输入的信号P1和P2耦合到所述输出级；
其特征在于，所述第一输入级包括两个串联相连的NMOS晶体管M1和M2，所述第二输入级包括两个串联相连的NMOS晶体管M4和M5，所述输出级包括两个串联相连的NMOS晶体管M9和M10，所述耦合级包括两个并联相连的NMOS晶体管M7和M8，所述平衡-不平衡转换器还包括电流镜，所述电流镜包括四个NMOS晶体管M6、M12、M11和M3，用于分别给所述第一输入级、第二输入级以及输出级提供电流源；
在所述第一输入级中，所述NMOS晶体管M2的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M1的漏极及所述NMOS晶体管M8的栅极相连，漏极与所述NMOS晶体管M1的源极相连，并作为所述输入信号P1的输入端；所述NMOS晶体管M1的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M3的源极；
在所述第二输入级中，所述NMOS晶体管M5的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M4的漏极及所述NMOS晶体管M7的栅极相连，漏极与所述NMOS晶体管M4的源极相连，并作为所述输入信号P2的输入端；所述NMOS晶体管M4的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M6的源极；
在所述输出级中，所述NMOS晶体管M9的源极接地，栅极与所述NMOS晶体管M10的漏极相连，漏极与所述NMOS晶体管M10的源极及所述NMOS晶体管M7和M8的漏极相连，并作为所述输出信号S的输出端；所述NMOS晶体管M10的栅极接偏置电压Vb，漏极接所述NMOS晶体管M11的源极；
在所述耦合级中，所述NMOS晶体管M7和M8的源极均接地，漏极均接输出端，所述NMOS晶体管M7的栅极接所述NMOS晶体管M5的栅极，所述NMOS晶体管M8的栅极接所述NMOS晶体管M2的栅极；
在所述电流镜中，所述NMOS晶体管M3的源极接所述NMOS晶体管M1的漏极；所述NMOS晶体管M6的源极接所述NMOS晶体管M4的漏极；所述NMOS晶体管M11的源极接所述NMOS晶体管M10的漏极，所述NMOS晶体管M12的栅极和自身的漏极相连，所述NMOS晶体管M12的漏极接参考电流源，所述NMOS晶体管M12的源极接地；所述NMOS晶体管M3、M6和M11的漏极均接电源电压。
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