CN109802209A - 一种基于多抽头电感的紧凑传输线等效结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多抽头电感的紧凑传输线等效结构，所述结构由一个多抽头电感和多电容构成，多抽头电感的n‑1个抽头将抽头电感分为n个等效电感值为L的分电感。n‑1个电容值为C的电容在多抽头电感的抽头位置并联连到地。多抽头电感的两端分别并联两个电容值为C/2的电容，形成等效的n节LC网络。多抽头电感的电感值为n×L，电容值C由和Z₀为传输线的特征阻抗，T_D为传输线的带宽。通过使用多抽头电感，本发明涉及的紧凑等效传输线在提供高工作带宽的情况下缩减了芯片占用面积，解决了传统的π型LC网络等效传输线结构的带宽窄的问题，同时也减少了损耗。

Description

一种基于多抽头电感的紧凑传输线等效结构

技术领域

本发明属于电子电路设计技术领域，具体涉及射频与毫米波领域的等效传输线结构设计，尤其涉及应用于射频及毫米波集成电路中的紧凑传输线等效结构。

背景技术

近年来，无线通信发展对通信速度提出了越来越高的要求。毫米波通信技术以其带宽高传输速度快的特点成为5G移动通信技术的研究热点。但是毫米波通信技术的发展对毫米波电路系统特别是集成电路芯片提出了非常高的成本要求。传输线特别是四分之一波长传输线在射频及毫米波电路系统中应用极为广泛。然而在较低频段如C、X、Ku、K等频段，传输线因为波长较长而占用很大的芯片面积，将直接导致芯片成本增加。为了面向低频毫米波通信应用，研发出了一些传输线的等效结构，可以有效的减少芯片面积，降低芯片成本。

在现有的等效传输线结构技术中，比较常见的有采用LC的级联网络来实现传输线的等效，如π型LC网络来等效传输线。但是，如果使用LC节数少，由于截止频率导致带宽的性能较差。如果使用多节LC网络，芯片面积的减少程度又非常有限。因此，为了面向低频毫米波通信应用，需要研究在占用面积、带宽和成本等方面表现优异的硅器件的新型等效传输线结构。

发明内容

发明目的：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于多抽头电感的紧凑传输线等效结构，本发明适用于CMOS工艺等低成本工艺的紧凑型宽带传输线等效电路设计。

为了实现上述的目标，本申请提供的技术方案如下：

一种基于多抽头电感的紧凑传输线等效结构，包括一个带有n-1(n≥2)个抽头的电感和n+1个电容构成。

其中，所述带有n-1(n≥2)个抽头的电感的n-1个抽头分别在电感上1/(n+1)位置、2/(n+1)位置和3/(n+1)位置等，这n-1个抽头将电感分为n个电感值为L的电感，总电感的电感值为n×L。

其中，所述的n+1个电容的第一个电容和第n+1个电容分别接在多抽头电感的两端，其他电容分别接在各个抽头位置，且所有电容并联连接到地。

其中，所述的第一个电容和第n+1个的电容值为其他中间抽头位置电容电容值C的一半，即C/2。由此形成了n个的π型LC网络串联，可以等效为特征阻抗为的传输线。

进一步的，所述的带有n-1(n≥2)个抽头的电感的结构并不局限于某种特殊结构，所述的n+1个电容也并不局限于电容器件，可以是带有电容性的其他器件如晶体管的寄生电容。电感的值n×L、抽头电感的抽头个数(n-1)以及并联电容的个数(n+1)都可以根据带宽要求来确定，即和其中Z₀为传输线的特征阻抗，T_D为传输线的带宽。

有益效果

本发明相比现有技术，其显著的效果在于，第一、本发明提供了一种新型的等效传输线结构，有效的解决了传输线占用芯片面积大的问题；第二，解决了传统的π型LC网络等效传输线结构的带宽窄的问题，同时也减少了损耗。

附图说明

附图1基于抽头电感的紧凑传输线等效结构；

附图2是特征阻抗为70欧姆的基于抽头电感的紧凑传输线等效结构；

附图3是应用基于抽头电感的紧凑传输线等效结构的Wilkinson功分器结构示意图；

附图4是使应用基于抽头电感的紧凑传输线等效结构的开关结构示意图。

具体实施方式

为了进一步的说明本发明公开的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例作详细的阐述。本领域的技术人员应得知，在不违背本发明精神前提下所做出的优选和改进均落入本发明的保护范围，对于本领域的常规手段和惯用技术在本具体实施例中不做详细记载和说明。

本发明涉及的紧凑传输线等效结构适用于各种电子器件和设备，包括但不限于车载雷达，手持收发设备等。

如图1所示，第一电容105、第二电容106、第三电容107都接地，其中第一电容105与第一抽头102连接，第二电容106与第二抽头103连接，第三电容107与第三抽头104连接，第一抽头102、第二抽头103、第三抽头104之间串接电感101。

图2是特征阻抗为70.7欧姆Ku频段的基于抽头电感的紧凑四分之波长传输线等效结构，其由一个抽头电感201，并联的第四电容206、第五电容205和第六电容207构成。

所述抽头电感201上第一抽头位置202、第二抽头位置203和第三抽头位置204将大电感分成四个电感值相近的小电感，分别是指Port1到第三抽头位置204的电感、从第三抽头位置204到第二抽头位置203的电感、从第二抽头位置203到第一抽头位置202的电感以及第一抽头位置202到Port2的电感，即四个分电感。

所述的并联第四电容206并联接在第三抽头位置204处，第四电容206的另一端连接地；第五电容205并联接在第二抽头位置203处，第四电容206的另一端连接到地；第六电容207并联接在第一抽头位置202处，第六电容207的另一端连接到地。

优选的，此多抽头电感的紧凑传输线等效传输线结构的电容个数为3，这是因为抽头电感两端需要连接的电容因为足够小而移除了，在中间抽头并联的电容做了点补偿从而实现更进一步损耗的减少。这样，四个电感的小型化和电容并联实现了紧凑的传输线等效结构，减少了芯片面积的同时保证了工作带宽。

图3是使用基于抽头电感的紧凑传输线等效结构的Wilkinson功分器结构示意图，该Wilkinson功分器由图2的两个特征阻抗为70.7欧姆的四分之波长等效传输线结构和一个隔离电阻208组成。该两个等效传输线结构其一端连接在一起，形成了Wilkinson功分器的合成端P1。第四电容206、第五电容205和第六电容207在接地侧连接在一起，形成对称结构减少了两个功分端P2及P3之间的不平衡度。隔离电阻208跨接在等效传输线分端P2和P3之间。因为应用了紧凑传输线结构，在保证了高的工作带宽和小的损耗的情况下，该功分器的占用面积只占用了现有最好的等效传输线结构的1/2。

图4是应用基于抽头电感的紧凑传输线等效结构的开关结构示意图。

所述的开关由第一控制开关管304、第二控制开关管305、使能控制管301、第一电阻308、第二电阻307、第三电阻306和两个紧凑传输线等效结构302构成。

RX支路由在接收(RX)端的发射(TX)控制开关MOS管第一控制开关管304栅极接第二电阻307以及一个紧凑传输线等效结构302构成。

所述的接收(RX)支路在天线(ANT)端连接了紧凑传输线等效结构302，紧凑传输线等效结构302连接到控制开关MOS管第一控制开关管304的漏极，控制开关MOS管第一控制开关管304的源极与地连接。

所述的结构302由一个抽头电感312和并联在抽头309处的电容310和靠近天线(ANT)端的抽头电感端连接并联的电容311构成。

所述的结构302与控制开关MOS管305和304的源-漏寄生电容C_DS1和C_DS2构成了紧凑的50欧姆四分之波长等效传输线结构。

发射(TX)支路和接收(RX)支路的结构是一样的，只是与发射(TX)端口连接的是接收RX端控制第二控制开关管305的漏极，这样形成了对称的开关结构。

使能支路由使能开关管301和连接在使能开关管漏极的第三电阻306构成。使能支路通过电阻与天线(ANT)端连接，与接收(RX)和发射(TX)支路并联。

本实施例的工作原理是在使能开关管关断的情况下，使能支路阻抗无穷大，开关工作。如果发射(TX)支路的控制接收的(RX)开关管开启，且接收(RX)端的控制发射(TX)的开关管关闭时，从天线端(ANT)看发射(TX)支路阻抗相当于地与50欧姆四分之波长传输线连接的阻抗，是无穷大的，而接收(RX)支路看进去是50欧姆四分之波长传输线连接到了接收端(RX)。发射支路打开，整个收发系统属于接收状态。反之，发射端工作也是同样的原理，这里不再赘述。

本实施例中的紧凑传输线等效结构302与控制开关MOS管的源-漏寄生电容构成了50欧姆的四分之波长的传输线等效结构，减少了芯片面积且减少了电路损耗。

Claims (2)

1.一种基于多抽头电感的紧凑传输线等效结构，其特征在于包括一个带有n-1(n≥2)个多抽头的电感和n+1个电容，所述带有n-1(n≥2)个抽头的电感的n-1个抽头分别在电感上1/(n+1)位置、2/(n+1)位置和3/(n+1)位置，n-1个抽头将电感分为n个电感值为L的电感，总电感的电感值为n×L；

所述的n+1个电容的第一个电容和第n+1个电容分别接在多抽头电感的两端，其它电容分别接在各个抽头位置，且所有电容并联连接到地；

所述的第一个电容和第n+1个的电容值为其他中间抽头位置电容电容值C的一半，即C/2；由此形成了n个的π型LC网络串联，等效为特征阻抗为的传输线。

2.根据权利要求1所述的基于多抽头电感的紧凑传输线等效结构，其特征在于电感的值n×L、抽头电感的抽头个数(n-1)以及并联电容的个数(n+1)根据带宽要求来确定，即和其中Z₀为传输线的特征阻抗，T_D为传输线的带宽。