CN107395167B - 宽带可调节实时延时线电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带可调节实时延时线电路，包括若干个级联的粗延时结构，每个粗延时结构包括一对无源延时单元和一个有源路径放大器，无源延时单元由电感和电容组成，有源路径放大器跨接在一对无源延时单元的输出端之间作为控制开关，控制延时线电路的延时时间。通过开关选择相应的有源放大器导通，改变信号传输路径，进行延时的粗调节；通过调节有源路径放大器的偏置电路，进行延时的细调节，实现细调节和粗调节的延时连续变化。该电路具有宽带、延时连续可调节、延时变化范围广和功耗低等优势。

Description

宽带可调节实时延时线电路
技术领域
本发明涉及延时线电路，具体涉及一种宽带、可调节的实时延时线电路。
背景技术
随着无线通信系统对信号传输速率的要求不断提高，多天线宽带波束成形技术变得越来越重要，实时延时线电路已经成为了影响信号接收范围和数据传输吞吐量的关键模块。延时线电路的延时分辨率、延时范围以及信号的工作带宽等指标决定了信号接收的范围、最大传输速率和信噪比。因此，高的延时分辨率、广的延时变化范围和宽的工作带宽是提高无线通信系统传输质量的关键。
延时线电路目前多采用光器件、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)和电子器件等形式实现。采用光器件或MEMS时，技术比较复杂，实现成本较高，不易大批量集成应用。相较于这两种方式，利用半导体集成电路方法实现延时线电路，具有体积小、成本低和易于单片集成等优点，在无线通信领域中受到广泛关注。但是，采用有源器件集成的情况下，电路性能往往会受到外界环境变化的影响，抗干扰能力较差，造成延时偏差较大。为了解决这个问题，通常会采用反馈环路的方法对延时进行校准，但这样增加了额外的功耗。同时，有源器件往往会带来较高的阻抗，引起较低的极点，从而限制了电路工作的有效带宽。同时，有源电路的延时时间通常和电路工作带宽成反比，为了实现大的延时时间范围，电路的极点会比较小，因此带宽也会受限。有源延时线电路的带宽小，延时时间比较大，这样延时分辨率就降低，处理的信息量和角度就会受限。综上所述，如何提高延时分辨率、延时工作带宽、电路性能的稳定性和降低电路的功耗是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
发明目的：基于以上不足，本发明提出一种宽带、可调节的实时延时线电路，能够实现延时可连续调节和大延时范围，并且抗干扰能力强、功耗低且易实现。
技术方案：本发明所述的宽带、可调节的实时延时线电路包括若干个级联的粗延时结构，每个粗延时结构包括一对无源延时单元和一个有源路径放大器，所述有源路径放大器跨接在所述一对无源延时单元的输出端之间，若干个粗延时结构的若干个有源路径放大器在开关控制下始终保持其中一个有源路径放大器工作，其他有源路径放大器不工作。其中，无源延时单元由电感和电容构成。有源路径放大器包括第一放大管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3，第一放大管M1的漏极接第三晶体管M3的源极，第一放大管M1的源极接第二晶体管M2的漏极，第二晶体管M2源极接地，第一放大管M1的栅极作为所述有源路径放大器的输入端，第三晶体管M3的漏极作为所述有源路径放大器的输出端。粗调控制电压施加到第三晶体管M3的栅极，通过粗调控制电压的高低电位控制有源路径放大器的导通或断开，实现粗延时调节；细调控制电压施加到第二晶体管M2的栅极，通过调整细调控制电压的大小改变有源路径放大器的延时时间，实现细延时调节。
有益效果：本发明采用无源电感电容作为延时单元，通过开关控制信号路径的选择，进行延时的粗调节。结合对有源路径放大器的偏置电流进行延时细调节，可以使延时线相对延时连续变化，实现粗调节和细调节相结合，提高了延时分辨率并增大了延时变化范围。本发明提出的宽带可调节实时延时线电路，具有宽带、延时连续调节、延时稳定性好、延时范围大、功耗较低、噪声小且易实现的优点。
附图说明
图1是本发明的宽带可调节实时延时线电路的整体示意图；
图2是本发明的电感电容延时单元结构示意图；
图3是本发明的有源路径放大器电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的宽带可调节实时延时线电路主要由级联的N级粗延时结构组成，每个粗延时结构包括一对无源延时单元和一个有源路径放大器，该有源路径放大器跨接在两个无源延时单元之间，具体结构为：有源路径放大器的输入端Si和输出端So各连接一个无源延时单元的输出端Do，构成一级粗延时结构；下一级粗延时结构的输入端连在上一级有源路径放大器的输入端Si，下一级粗延时结构的输出端连在上一级有源路径放大器的输出端So。设每个无源延时单元的延时时间为T，路径选择放大器的延时时间为Ta，则每一级粗延时结构的延时时间为2T+Ta。每一种状态下，通过控制开关使其中一级粗延时结构的路径放大器工作，其他路径放大器不工作，信号从导通的路径传输。当第一级粗延时结构工作时，其他粗延时结构不工作，信号通过第一级路径放大器S1，该延时线电路的延时时间为2T+Ta；当第二级路径选择放大器导通时，其他粗延时结构断开，此时的延时线电路的延时时间为4T+Ta，因此，相邻两级粗延时结构的相对延时差是2T，N级粗延时结构构成的延时线电路的相对延时可以从0到2(N-1)*T以步径2T的时间变化。
如图2所示，本发明的无源延时单元由一对无源L型电感电容组成。从工艺制程角度看，无源器件由金属和绝缘介质构成，物理尺寸决定的其值的大小，电子空穴迁移率的变化不会影响电感和电容的大小，因此，工艺、电源和温度的改变对电感和电容的影响较小，从而对电路延时时间影响较小，稳定性高。由于极点比较大、阻抗低从而带来了带宽高、噪声低的效果，并且器件不需要电源就能工作，功耗低。每个电感电容延时单元的延时时间为
Figure GDA0002523630680000031
同时电感电容值的选取需要考虑阻抗匹配，根据公式
Figure GDA0002523630680000032
特征阻抗应该匹配到50欧姆。为了保持阻抗一致性，延时线电路中输入端、输出端、级间节点和延时线负载端的阻抗都需要匹配到50欧姆，保证信号具有平坦的群延时、低的回波损耗和良好的完整性。
如图3所示，本发明的有源路径放大器电路为单端输入单端输出结构，由第一放大管M1、电压控制的第二晶体管M2和开关控制的第三晶体管M3串联而成。该电路一方面可以作为开关电路选择信号传输路径，另一方面又可以通过细调控制电压调节该电路本身的延时时间。具体地，第一放大管M1的漏极接第三晶体管M3的源极，M1的源极接M2的漏极，作为可调的偏置电流源，M2源极接地，M1的栅极是有源路径放大器的输入端Si，M3的漏极作为有源路径放大器的输出端So。粗调控制电压Vc施加到M3的栅极，Vc接高电位时，路径开关导通，信号经过路径放大器；反之，Vc接低电位时，路径开关断开，信号不经过路径放大器，从而可以实现选择信号传输路径的目的，进行延时粗调节。细调控制电压Vctrl施加到M2的栅极，控制电路的偏置电流，通过调节Vctrl，有源路径放大器的延时时间从Ta连续变化到Tb，延时的变化范围为Tb-Ta，为了保证延时变化的连贯性，该变化范围需要大于2T。
通过细调路径放大器的延时时间，可以对延时线电路的粗延时分辨率进行补偿，实现延时细调节，使实时延时线电路的延时时间从0到2(N-1)*T进行连续变化。

Claims (2)

1.一种宽带可调节实时延时线电路，其特征在于，包括若干个级联的粗延时结构，每个所述粗延时结构包括一对无源延时单元和一个有源路径放大器，所述有源路径放大器跨接在所述一对无源延时单元的输出端之间，所述若干个粗延时结构的若干个有源路径放大器在开关控制下始终保持其中一个有源路径放大器工作，其他有源路径放大器不工作，所述有源路径放大器包括第一放大管(M1)、第二晶体管(M2)和第三晶体管(M3)，其中，第一放大管(M1)的漏极接第三晶体管(M3)的源极，第一放大管(M1)的源极接第二晶体管(M2)的漏极，第二晶体管(M2)源极接地，第一放大管(M1)的栅极作为所述有源路径放大器的输入端，第三晶体管(M3)的漏极作为所述有源路径放大器的输出端；所述第三晶体管(M3)的栅极连接粗调控制电压，通过改变所述粗调控制电压的电位高低控制所述有源路径放大器的路径开关导通或断开；所述第二晶体管(M2)的栅极连接细调控制电压，通过改变所述细调控制电压的大小改变所述有源路径放大器的延时时间。
2.根据权利要求1所述的宽带可调节实时延时线电路，其特征在于，所述无源延时单元由电感和电容构成。
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