CN110957980B - 一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器 - Google Patents

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Abstract

一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，将正交发生结构嵌套进放大电路中，目的是为了在产生正交信号的基础上避免由发生器而引入较大的插入损耗，从而提升正交信号幅值。此方法可以用于毫米波相控阵系统中的矢量求和移相器中，提高系统链路中信号摆幅。

Description

一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器
技术领域
本发明属于毫米波集成电路领域，尤其涉及一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器。
背景技术
在相控阵收发机、雷达等系统中，移相器作为系统中核心单元实现了系统链路中信号的相位变化，实现系统对空间不同位置进行信号发射和接收。正交信号发生器作为移相器的基础，其插入损耗和信号相位精度以及占用面积都对移相器性能有重要影响。尤其当电路工作频率升高，寄生效应及损耗都恶化了正交信号的品质。
传统的正交信号发生器通常会采用90度延迟线、耦合线正交发生器、RLC集总正交发生器、正交全通滤波器或者有源的放大结构等。除有源放大结构外，这些结构均为无源结构，在较低频率其插入损耗对系统影响微弱，而随着工作频率升高至毫米波或太赫兹频段，他们的插入损耗由于寄生等影响急剧增加，尤其是含有电阻的正交发生器结构，损耗将会更大；有源的正交也会因为电容电阻寄生问题使得正交相位发生严重偏差。
发明内容
为了解决现有技术存在的难题，本发明一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，将正交发生结构嵌套进放大电路中，目的是为了在产生正交信号的基础上避免由发生器而引入较大的插入损耗，从而提升正交信号幅值。此方法可以用于毫米波相控阵系统中的矢量求和移相器中，提高系统链路中信号摆幅。
一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，该电路结构可拆分为两个部分，第一部分是信号放大部分，第二部分是正交发生部分。如图一，首先，差分信号IN+和IN-输入共发射极晶体管M1和M2实现第一级放大。随后，经共发射极集电极输出的信号通过C1、C2、L1、L2、R1、R2组成的正交全通滤波网络，产生四路正交信号。最后，经M3~M6组成的共基极放大结构获得我们需要的VI+、VI-、VQ+、VI-四路正交信号，而TL1~TL4为电路的负载。
为了减小工作于毫米波频段的正交发生器的插入损耗，提升正交信号的品质，本发明采用SiGe工艺实现，提高电路的增益性能及1dB压缩功率，并首次将正交全通滤波器嵌套进入基于类共源共栅的放大器之中。其中，基于SiGe工艺的类共源共栅的放大器为信号提供放大通路，正交全通滤波器将差分信号转化为正交信号。此发明将正交发生器的正交转化级与增益级结合，将传统正交发生结构从有损状态转化为具有增益的结构，从而提高正交信号品质，具有较高使用可行性。
一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，具有以下几个优点：第一，采用SiGe工艺实现，由于其固有的高截止频率特点，获得较大的信号增益并提高了1dB压缩点。第二，该结构可以弱化正交全通滤波器的损耗影响，基于SiGe BiCMOS工艺的晶体管的增益情况，可工作于W波段甚至更高的频段。第三，该结构可根据晶体管不同频率下的增益性能，提供0~10dB的增益。
附图说明
图1基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器电路图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明技术方案进行详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，如图一所示，本电路包含了SiGe工艺下HBT实现的类共源共栅放大器和正交全通滤波器，通过两个结构的有机融合，实现了具有增益的正交信号发生结构。
本发明中，共包含六个异质结晶体管（M1~M6），两个电感（L1，L2），两个电容（C1，C2），两个电阻（R1，R2），负载传输线（TL1~TL4）。其中，异质结晶体管M1和M2作为差分信号的输入级，提供增益。在M1和M2的集电极级联全通滤波器结构（由电感L1，L2，电容C1，C2，电阻R1，R2组成），将差分信号转换为四路正交信号，随后四路信后通过有M3~M6组成的共基放大器进一步提升信号的品质，从共基放大器的集电极与负载传输线间输出。

Claims (3)

1.一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，其特征在于：电路结构可拆分为两个部分，第一部分是信号放大部分，第二部分是正交发生部分；首先，差分信号IN+和IN-输入共发射极晶体管M1和M2实现第一级放大；随后，经共发射极集电极输出的信号通过C1、C2、L1、L2、R1、R2组成的正交全通滤波网络，产生四路正交信号；最后，经M3~M6组成的共基极放大结构获得需要的VI+、VI-、VQ+、VI-四路正交信号，TL1~TL4为电路的负载。
2.根据权利要求1所述的一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，其特征在于：为了减小工作于毫米波频段的正交发生器的插入损耗，提升正交信号的品质，采用SiGe工艺实现，提高电路的增益性能及1dB压缩功率，将正交全通滤波器嵌套进入基于类共源共栅的放大器之中。
3.根据权利要求1所述的一种基于SiGe工艺的毫米波有源正交信号发生器，其特征在于：基于SiGe工艺的类共源共栅的放大器为信号提供放大通路，正交全通滤波器将差分信号转化为正交信号。
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