CN112787628A - 一种超宽带可重构有源移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带可重构有源移相器，包括巴伦电路用于将输入信号转换为差分信号；驱动放大电路用于对差分信号进行放大处理得到差分放大信号；可重构多相滤波电路用于将差分放大信号转换为不同工作带宽下的一组I路正交信号、一组Q路正交信号；可变增益加法电路，用于根据预设规则分别从一组I路正交信号、一组Q路正交信号中选择一I路正交信号、一Q路正交信号，根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限，根据矢量象限分别对选择的I路正交信号、Q路正交信号进行增益调整，并对调整后的增益进行矢量求和得到最终的移相信号。本发明由于对可重构多相滤波电路的工作频带进行了重构，大大扩展了多相滤波电路的工作带宽。

Description

一种超宽带可重构有源移相器

技术领域

本发明属于模拟集成电路处理技术领域，具体涉及一种超宽带可重构有源移相器。

背景技术

移相器能够改变射频信号到达接收机的相位，在相控阵系统中需要关注它的一个关键特性就是在不同频率下，不同所需相对相位的移相能够保持稳定。

对于不同结构的移相器，通常根据其工作原理的不同进行分类。其中一类是模拟移相器，这种类型的移相器其移相度数可以连续变化，因此又称为连续式移相器，其工作原理主要就是通过改变移相器的传输介质以改变信号在移相器中传播的速度，进而达到改变信号在输出端相位的作用，所以该移相器同时也被称为介质移相器。另外一类就是数字移相器，数字移相器的主要工作方式就是通过改变数控位的开关状态，进而获得不同的移相变化，这种类型的移相度数是以一个固定的步进值进行阶跃的变化，因此也称为步进式移相器。常用的数字移相器中通过正交信号产生网络产生四路幅度相等、相位相差90度的正交信号，常见的正交信号产生网络包括正交全通滤波器、RC多相滤波器、正交分频器和正交耦合器。

但是，正交全通滤波器是一种宽带插入损耗的正交信号产生网络，但是其相位精度和幅度精度极易受容性负载影响；RC多相滤波器精度受负载影响较小，但是其工作带宽较窄且存在较大的插入损耗；正交分频器拥有宽带低插损的性能，但是其只适用于本振这种单音信号；正交耦合器由于其需要四分之一波长的传输线，尺寸较大，不适用于集成电路设计中。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种超宽带可重构有源移相器。

本发明的一个实施例提供了一种超宽带可重构有源移相器，该超宽带可重构有源移相器包括：巴伦电路、驱动放大电路、可重构多相滤波电路、可变增益加法电路，其中，

所述巴伦电路，连接信号输入端，用于将输入信号转换为差分信号；

所述驱动放大电路，连接所述巴伦电路，用于对所述差分信号进行放大处理得到差分放大信号；

所述可重构多相滤波电路，连接所述驱动放大电路，包括N个级联的可重构正交信号产生电路，用于通过控制N个级联的可重构正交信号产生电路的电容值，将所述差分放大信号转换为不同工作带宽下的一组I路正交信号、一组Q路正交信号；

所述可变增益加法电路，连接所述可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组I路正交信号中选择一I路正交信号、从一组Q路正交信号中选择一Q路正交信号，根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限，根据所述矢量象限分别对选择的I路正交信号、Q路正交信号进行增益调整，并对调整后的增益进行矢量求和得到最终的移相信号。

在本发明的一个实施例中，所述巴伦电路包括电感L₁₁～电感L₁₃、电阻R₁₁、电阻R₁₂、晶体管Q₁₁～晶体管Q₁₆、电流源A₁₁、电流源A₁₂，其中，

所述电感L₁₁的一端、所述电感L₁₂的一端与VDD连接，所述电感L₁₁的另一端与所述电阻R₁₁的一端连接，所述电阻R₁₁的另一端与所述晶体管Q₁₂的集电极、所述晶体管Q₁₅的基极连接，所述晶体管Q₁₂的发射极与所述晶体管Q₁₁的集电极连接，所述晶体管Q₁₁的发射极与所述电感L₁₃的一端、所述信号输入端、所述晶体管Q₁₃的基极连接，所述晶体管Q₁₃的集电极与所述晶体管Q₁₄的发射极连接，所述晶体管Q₁₄的集电极与所述电阻R₁₂的一端、所述晶体管Q₁₆的基极连接，所述电阻R₁₂的另一端与所述电感L₁₂的另一端连接，所述晶体管Q₁₆的发射极与所述电流源A₁₂的输入端、所述巴伦电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₁₅的发射极与所述电流源A₁₁的输入端、所述巴伦电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₁₅的集电极、所述晶体管Q₁₆的集电极均与VDD连接，所述晶体管Q₁₁的基极、所述晶体管Q₁₂的基极、所述晶体管Q₁₄的基极、所述电感L₁₃的另一端、所述电流源A₁₁的输出端、所述电流源A₁₂的输出端均接地。

在本发明的一个实施例中，所述驱动放大电路包括电感L₂₁、电感L₂₂、电阻R₂₁～电阻R₂₄、晶体管Q₂₁～晶体管Q₂₆、电流源A₂₁～电流源A₂₃，其中，

所述电感L₂₁的一端、所述电感L₂₂的一端与VDD连接，所述电感L₂₁的另一端与所述电阻R₂₁的一端连接，所述电阻R₂₁的另一端与所述晶体管Q₂₂的集电极、所述晶体管Q₂₆的基极连接，所述晶体管Q₂₂的发射极与所述晶体管Q₂₁的集电极连接，所述晶体管Q₂₁的发射极与所述电阻R₂₃的一端连接，所述电阻R₂₃的另一端与所述电流源A₂₁的输入端、所述电阻R₂₄的一端连接，所述电阻R₂₄的另一端与所述晶体管Q₂₃的发射极连接，所述晶体管Q₂₃的集电极与所述晶体管Q₂₄的发射极连接，所述晶体管Q₂₄的集电极与所述电阻R₂₂的一端、所述晶体管Q₂₅的基极连接，所述电阻R₂₂的另一端与所述电感L₂₂的另一端连接，所述晶体管Q₂₅的发射极与所述电流源A₂₂的输入端、所述驱动放大电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₂₆的发射极与所述电流源A₂₃的输入端、所述驱动放大电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₂₁的基极与所述述巴伦电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₂₃的基极与所述巴伦电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₂₅的集电极、所述晶体管Q₂₆的集电极均与VDD连接，所述晶体管Q₂₂的基极、所述晶体管Q₂₄的基极、所述电流源A₂₁的输出端、所述电流源A₂₂的输出端、所述电流源A₂₃的输出端均接地。

在本发明的一个实施例中，每一级所述可重构正交信号产生电路包括电阻R₃₁～电组R₃₈、电容C₃₁～电容C₃₈、电容C_var1～电容C_var4，其中，

每一级中，所述电容C₃₁、所述电容C_var1、所述电容C₃₂依次串联，所述电容C₃₃、所述电容C_var2、所述电容C₃₄依次串联，所述电容C₃₅、所述电容C_var3、所述电容C₃₆依次串联，所述电容C₃₇、所述电容C_var4、所述电容C₃₈依次串联；

每一级中，所述电容C₃₁的另一端与所述电阻R₃₁的一端连接，所述电容C₃₂的另一端与所述电阻R₃₂的一端连接，所述电容C₃₃的另一端与所述电阻R₃₂的另一端连接，所述电容C₃₄的另一端与所述电阻R₃₃的一端连接，所述电容C₃₅的另一端与所述电阻R₃₃的另一端连接，所述电容C₃₆的另一端与所述电阻R₃₄的一端连接，所述电容C₃₇的另一端与所述电阻R₃₄的另一端连接，所述电容C₃₈的另一端与所述电阻R₃₁的另一端连接；

第1级中，所述电容C₃₁的另一端、所述电容C₃₃的另一端还分别与所述驱动放大电路的第一输出端连接，所述电容C₃₅的另一端、所述电容C₃₇的另一端还分别与所述驱动放大电路的第二输出端连接；

第n+1级中，0<n<N，所述电容C₃₁的另一端还与第n级中所述电容C₃₈的另一端连接，所述电容C₃₃的另一端还与第n级中所述电容C₃₂的另一端连接，所述电容C₃₅的另一端还与第n级中所述电容C₃₄的另一端连接，所述电容C₃₇的另一端还与第n级中所述电容C₃₆的另一端连接；

第N级中，所述电容C₃₈的另一端与所述可重构多相滤波电路的第一输出端连接，所述电容C₃₂的另一端与所述可重构多相滤波电路的第二输出端连接，所述电容C₃₄的另一端与所述可重构多相滤波电路的第三输出端连接，所述电容C₃₄的另一端与所述可重构多相滤波电路的第四输出端连接。

在本发明的一个实施例中，所述电容C_var1、所述电容C_var2、所述电容C_var3、所述电容C_var4均为变容二极管。

在本发明的一个实施例中，所述可变增益加法电路包括第一可变增益放大电路、第二可变增益放大电路、增益求和电路，其中，

所述第一可变增益放大电路，连接所述可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组IQ正交信号中选择一I路正交信号，并对选择的I路正交信号进行幅度调整得到调幅后的I路正交信号；

所述第二可变增益放大电路，连接所述可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组IQ正交信号中选择一Q路正交信号，并对选择的Q路正交信号进行幅度调整得到调幅后的Q路正交信号；

所述第一可变增益放大电路、所述第二可变增益放大电路，还用于根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限；

所述增益求和电路，连接所述第一可变增益放大电路、所述第二可变增益放大电路，用于根据所述矢量象限对所述调幅后的I路正交信号、所述调幅后的Q路正交信号进行矢量求和得到最终的移相信号。

在本发明的一个实施例中，所述第一可变增益放大电路包括晶体管Q₄₁～晶体管Q₄₄、第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂、电流源I_IDAC，其中，

所述晶体管Q₄₁的栅极、所述晶体管Q₄₄的栅极均与可重构多相滤波电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₄₂的栅极、所述晶体管Q₄₃的栅极均与可重构多相滤波电路的第三输出端连接，所述晶体管Q₄₁的源极、所述晶体管Q₄₂的源极均与所述第一象限选择开关SW₁的一端连接，所述晶体管Q₄₂的源极、所述晶体管Q₄₃的源极均与所述第二象限选择开关SW₂的一端连接，所述晶体管Q₄₁～晶体管Q₄₄的漏极均与所述增益求和电路连接，所述第一象限选择开关SW₁的另一端、所述第二象限选择开关SW₂的另一端与所述电流源I_IDAC的输入端连接，所述电流源I_IDAC的输出端接地。

在本发明的一个实施例中，所述第二可变增益放大电路包括晶体管Q₄₅～晶体管Q₄₈、第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄、电流源Q_IDAC，其中，

所述晶体管Q₄₅的栅极、所述晶体管Q₄₈的栅极均与可重构多相滤波电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₄₆的栅极、所述晶体管Q₄₇的栅极均与可重构多相滤波电路的第四输出端连接，所述晶体管Q₄₅的源极、所述晶体管Q₄₆的源极均与所述第三象限选择开关SW₃的一端连接，所述晶体管Q₄₇的源极、所述晶体管Q₄₈的源极均与所述第四象限选择开关SW₄的一端连接，所述晶体管Q₄₅～晶体管Q₄₈的漏极均与所述增益求和电路连接，所述第三象限选择开关SW₃的另一端、所述第四象限选择开关SW₄的另一端与所述电流源Q_IDAC的输入端连接，所述电流源Q_IDAC的输出端接地。

在本发明的一个实施例中，所述增益求和电路包括晶体管Q₄₉、晶体管Q₄₁₀、电阻R₄₁、电阻R₄₂、电感L₄₁、电感L₄₂，其中，

所述晶体管Q₄₉的发射极与所述晶体管Q₄₁的集电极、所述晶体管Q₄₃的集电极、所述晶体管Q₄₅的集电极、所述晶体管Q₄₇的集电极连接，所述晶体管Q₄₁₀的发射极与所述晶体管Q₄₂的集电极、所述晶体管Q₄₄的集电极、所述晶体管Q₄₆的集电极、所述晶体管Q₄₈的集电极连接，所述晶体管Q₄₉的集电极与所述电阻R₄₁的一端、所述可变增益加法电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₄₁₀的集电极与所述电阻R₄₂的一端、所述可变增益加法电路的第二输出端连接，所述电阻R₄₁的另一端与所述电感L₄₁的一端连接，所述电阻R₄₂的另一端与所述电感L₄₂的一端连接，所述电感L₄₁的另一端、所述电感L₄₂的另一端均接VDD。

在本发明的一个实施例中，根据预设规则从一组I路正交信号中选择一I路正交信号、从一组Q路正交信号中选择一Q路正交信号包括：

根据第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂从一组IQ正交信号中选择一I路正交信号；

根据第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄从一组IQ正交信号中选择一Q路正交信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的超宽带可重构有源移相器，基于可重构多相滤波电路实现了高性能矢量调制，由于对可重构多相滤波电路的工作频带进行了重构，大大扩展了多相滤波电路的工作带宽，且具有移相相位精度高、插入损耗低的特点，移相器由有源器件构成适用于集成电路设计中。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中巴伦电路的具体电路结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中驱动放大电路的具体电路结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中可重构正交信号产生电路的具体电路结构示意图；

图5是本发明实施例提供的可重构正交信号产生电路中变容二极管电容随电压变化的特性示意图；

图6是本发明实施例提供的可重构正交信号产生电路中正交信号相位不平衡度随电压变化的特性示意图；

图7是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中可变增益加法电路的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种超宽带可重构有源移相器中可变增益加法电路的具体电路结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中信号传输过程中的变化示意图；

图10(a)～10(c)是本发明实施例提供的在不同频段下最大移相误差、均方根移相误差示意图；

图11(a)～11(c)是本发明实施例提供的在不同频段下均方根增益误差示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器的结构示意图。本实施例提出了一种超宽带可重构有源移相器，该超宽带可重构有源移相器包括：

巴伦电路、驱动放大电路、可重构多相滤波电路、可变增益加法电路，其中，巴伦电路，连接信号输入端，用于将输入信号转换为差分信号；驱动放大电路，连接巴伦电路，用于对差分信号进行放大处理得到差分放大信号；可重构多相滤波电路，连接驱动放大电路，包括N个级联的可重构正交信号产生电路，用于通过控制N个级联的可重构正交信号产生电路的电容值，将差分放大信号转换为不同工作带宽下的一组I路正交信号、一组Q路正交信号；可变增益加法电路，连接可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组I路正交信号中选择一I路正交信号、从一组Q路正交信号中选择一Q路正交信号，根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限，根据矢量象限分别对选择的I路正交信号、Q路正交信号进行增益调整，并对调整后的增益进行矢量求和得到最终的移相信号。其中，信号输入端输入的信号为单端信号。

进一步地，本实施例巴伦电路包括电感L₁₁～电感L₁₃、电阻R₁₁、电阻R₁₂、晶体管Q₁₁～晶体管Q₁₆、电流源A₁₁、电流源A₁₂。

具体而言，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中巴伦电路的具体电路结构示意图，本实施例巴伦电路具体连接关系为：电感L₁₁的一端、电感L₁₂的一端与VDD连接，电感L₁₁的另一端与电阻R₁₁的一端连接，电阻R₁₁的另一端与晶体管Q₁₂的集电极、晶体管Q₁₅的基极连接，晶体管Q₁₂的发射极与晶体管Q₁₁的集电极连接，晶体管Q₁₁的发射极与电感L₁₃的一端、信号输入端、晶体管Q₁₃的基极连接，晶体管Q₁₃的集电极与晶体管Q₁₄的发射极连接，晶体管Q₁₄的集电极与电阻R₁₂的一端、晶体管Q₁₆的基极连接，电阻R₁₂的另一端与电感L₁₂的另一端连接，晶体管Q₁₆的发射极与电流源A₁₂的输入端、巴伦电路的第二输出端连接，晶体管Q₁₅的发射极与电流源A₁₁的输入端、巴伦电路的第一输出端连接，晶体管Q₁₅的集电极、晶体管Q₁₆的集电极均与VDD连接，晶体管Q₁₁的基极、晶体管Q₁₂的基极、晶体管Q₁₄的基极、电感L₁₃的另一端、电流源A₁₁的输出端、电流源A₁₂的输出端均接地。本实施例巴伦电路采用了噪声消除技术，在实现宽带的输入匹配的同时拥有较低的噪声系数，该巴伦电路主要由一路共基极放大器和一路共发射极放大器组成，信号输入端输入信号Chip_INPUT,通过调整晶体管Q₁₁和晶体管Q₁₃的跨导，两路放大器将输入信号Chip_INPUT转换为等幅反向的差分信号，并将该差分信号经晶体管Q₁₅、晶体管Q₁₆组成的射极跟随器输出，即从巴伦电路的第一输出端OUT1+、第二输出端OUT1-输出。

进一步地，本实施例驱动放大电路包括电感L₂₁、电感L₂₂、电阻R₂₁～电阻R₂₄、晶体管Q₂₁～晶体管Q₂₆、电流源A₂₁～电流源A₂₃。

具体而言，请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中驱动放大电路的具体电路结构示意图，本实施例驱动放大电路的具体电路连接关系为：电感L₂₁的一端、电感L₂₂的一端与VDD连接，电感L₂₁的另一端与电阻R₂₁的一端连接，电阻R₂₁的另一端与晶体管Q₂₂的集电极、晶体管Q₂₆的基极连接，晶体管Q₂₂的发射极与晶体管Q₂₁的集电极连接，晶体管Q₂₁的发射极与电阻R₂₃的一端连接，电阻R₂₃的另一端与电流源A₂₁的输入端、电阻R₂₄的一端连接，电阻R₂₄的另一端与晶体管Q₂₃的发射极连接，晶体管Q₂₃的集电极与晶体管Q₂₄的发射极连接，晶体管Q₂₄的集电极与电阻R₂₂的一端、晶体管Q₂₅的基极连接，电阻R₂₂的另一端与电感L₂₂的另一端连接，晶体管Q₂₅的发射极与电流源A₂₂的输入端、驱动放大电路的第一输出端连接，晶体管Q₂₆的发射极与电流源A₂₃的输入端、驱动放大电路的第二输出端连接，晶体管Q₂₁的基极与述巴伦电路的第一输出端连接，晶体管Q₂₃的基极与巴伦电路的第二输出端连接，晶体管Q₂₅的集电极、晶体管Q₂₆的集电极均与VDD连接，晶体管Q₂₂的基极、晶体管Q₂₄的基极、电流源A₂₁的输出端、电流源A₂₂的输出端、电流源A₂₃的输出端均接地。本实施例驱动放大电路中晶体管Q₂₁、晶体管Q₂₂、晶体管Q₂₃、晶体管Q₂₄构成差动放大器结构，该差动放大器结构具有极高的共模抑制能力，可以进一步的改善驱动放大电路接收的巴伦电路的第一输出端OUT1+、第二输出端OUT1-输入的差分信号的平衡度，同时将差分信号进一步放大得到差分放大信号，抵消后级可重构多相滤波器的插损，降低整个移相器的噪声系数，同时驱动放大电路中加入电阻R₂₁和电阻R₂₂改善了放大器的线性度，并在驱动放大电路的输出端通过晶体管Q₂₅、晶体管Q₂₆构成的射极跟随器进一步提高驱动能力，以驱动后级可重构多相滤波电路，最终将差分放大信号通过驱动放大电路的第一输出端OUT2+、第二输出端OUT2-输出。

进一步地，本实施例每一级可重构正交信号产生电路包括电阻R₃₁～电组R₃₈、电容C₃₁～电容C₃₈、电容C_var1～电容C_var4。

具体而言，正交信号的产生在许多射频、毫米波和混合信号电路和系统中起着至关重要的作用。无源网络由于其优越的线性，零功耗和频率可扩展性，通常用于正交信号产生。无源正交信号产生网络经常评估他它们的无源损耗、带宽、I/Q幅度和相位平衡，以及对工艺变化的鲁棒性。目前采用的无源多相滤波器存在固有的信号损耗和较窄的带宽，而基于无源多相滤波器的方法对源阻抗和负载端非常敏感，限制了其在毫米波频率上的使用。在无源多相滤波器可以扩展正交产生带宽，但是也进一步增加了信号损失，因此，需要在插入损耗与扩展带宽之间进行权衡。请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中可重构正交信号产生电路的具体电路结构示意图，本实施例每一级可重构正交信号产生电路的具体电路连接关系为：

每一级中，电容C₃₁、电容C_var1、电容C₃₂依次串联，电容C₃₃、电容C_var2、电容C₃₄依次串联，电容C₃₅、电容C_var3、电容C₃₆依次串联，电容C₃₇、电容C_var4、电容C₃₈依次串联；每一级中，电容C₃₁的另一端与电阻R₃₁的一端连接，电容C₃₂的另一端与电阻R₃₂的一端连接，电容C₃₃的另一端与电阻R₃₂的另一端连接，电容C₃₄的另一端与电阻R₃₃的一端连接，电容C₃₅的另一端与电阻R₃₃的另一端连接，电容C₃₆的另一端与电阻R₃₄的一端连接，电容C₃₇的另一端与电阻R₃₄的另一端连接，电容C₃₈的另一端与电阻R₃₁的另一端连接；第1级中，电容C₃₁的另一端、电容C₃₃的另一端还分别与驱动放大电路的第一输出端连接，电容C₃₅的另一端、电容C₃₇的另一端还分别与驱动放大电路的第二输出端连接；第n+1级中，0<n<N，电容C₃₁的另一端还与第n级中电容C₃₈的另一端连接，电容C₃₃的另一端还与第n级中电容C₃₂的另一端连接，电容C₃₅的另一端还与第n级中电容C₃₄的另一端连接，电容C₃₇的另一端还与第n级中电容C₃₆的另一端连接；第N级中，电容C₃₈的另一端与可重构多相滤波电路的第一输出端连接，电容C₃₂的另一端与可重构多相滤波电路的第二输出端连接，电容C₃₄的另一端与可重构多相滤波电路的第三输出端连接，电容C₃₄的另一端与可重构多相滤波电路的第四输出端连接。其中，电容C_var1、电容C_var2、电容C_var3、电容C_var4均为变容二极管。

本实施例可重构多相滤波器中每一级可重构正交信号产生电路采用了变容二极管，由于变容二极管具有施加反偏直流电可压改变等效电容值大小的特点，使得多相滤波电路具有了可重构的特性，可以用过施加不同的反偏电压对该多相滤波电路的极点进行重构，从而改变对应的工作频带，即本实施例通过控制N个级联的可重构正交信号产生电路的等效电容值，将驱动放大电路输出的差分放大信号(OUT2+、OUT2-)转换为不同工作带宽下的一组I路正交信号、一组Q路正交信号，如图4所示，一组I路正交信号包括可重构多相滤波器的第一输出端输出的正交信号I_out+、第三输出端输出的正交信号I_out-，一组Q路正交信号包括可重构多相滤波器的第二输出端输出的正交信号Q_out+、第四输出端输出的正交信号Q_out-。本实施例采用了N级可重构正交信号产生电路级联的方式，可以进一步的展宽该正交信号产生电路的带宽，分别采用N个不同的极点以覆盖较宽的带宽。优选地，本实施例N取值为3，3级级联的方式，且变容二极管对正交信号产生电路的工作频带进行重构，使得整个多相滤波电路的工作带宽可以高达2GHz-18GHz。

请参见图5，图5是本发明实施例提供的可重构正交信号产生电路中变容二极管电容随电压变化的特性示意图，本实施例可重构多相滤波电路中变容二极管电容随着反偏电压的增加，变容二极管的电容从0.75pF减少至0.25pF。

请参见图6，图6是本发明实施例提供的可重构正交信号产生电路中正交信号相位不平衡度随电压变化的特性示意图，本实施例改变施加于变容二极管反偏电压后，产生的正交信号相位不平衡度变化如图6所示，从图6中可以看出随着反偏电压的增加，变容二极管的电容值变小，从而可重构多相滤波电路的极点向高频移动。

进一步地，本实施例可变增益加法电路包括第一可变增益放大电路、第二可变增益放大电路、增益求和电路。

具体而言，请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中可变增益加法电路的结构示意图，本实施例第一可变增益放大电路，连接可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组IQ正交信号中选择一I路正交信号，并对选择的I路正交信号进行幅度调整得到调幅后的I路正交信号；第二可变增益放大电路，连接可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组IQ正交信号中选择一Q路正交信号，并对选择的Q路正交信号进行幅度调整得到调幅后的Q路正交信号；第一可变增益放大电路、第二可变增益放大电路，还用于根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限；增益求和电路，连接第一可变增益放大电路、第二可变增益放大电路，用于根据矢量象限对调幅后的I路正交信号、调幅后的Q路正交信号进行矢量求和得到最终的移相信号。为了达到覆盖360°的效果，本实施例采用预设规则从可重构多相滤波电路产生的一组I路正交信号、一组Q路正交信号覆盖的象限进行选择，从而确定矢量象限。确定矢量象限后，将选择的I路正交信号、Q路正交信号分别接入对应的可变增益放大电路中，通过可变增益放大电路改变其幅度比得到调幅后的I路正交信号、调幅后的Q路正交信号，最后通过增益求和电路将调幅后的I路正交信号、调幅后的Q路正交信号相加得到最终的移相信号，从而实现移相的功能。

进一步地，本实施例第一可变增益放大电路包括晶体管Q₄₁～晶体管Q₄₄、第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂、电流源I_IDAC。

具体而言，请参见图8，请参见图8是本发明实施例提供的另一种超宽带可重构有源移相器中可变增益加法电路的具体电路结构示意图，本实施例第一可变增益放大电路的具体电路连接关系为：晶体管Q₄₁的栅极、晶体管Q₄₄的栅极均与可重构多相滤波电路的第一输出端连接，晶体管Q₄₂的栅极、晶体管Q₄₃的栅极均与可重构多相滤波电路的第三输出端连接，晶体管Q₄₁的源极、晶体管Q₄₂的源极均与第一象限选择开关SW₁的一端连接，晶体管Q₄₂的源极、晶体管Q₄₃的源极均与第二象限选择开关SW₂的一端连接，晶体管Q₄₁～晶体管Q₄₄的漏极均与增益求和电路连接，第一象限选择开关SW₁的另一端、第二象限选择开关SW₂的另一端与电流源I_IDAC的输入端连接，电流源I_IDAC的输出端接地。本实施例第一可变增益放大电路实现可重构多相滤波电路的第一输出端输出的I_out+、第三输出端输出的I_out-电路的选择和幅度调整处理，第一可变增益放大电路由第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂、可调电流源I_IDC，以及晶体管Q₄₁～晶体管Q₄₄构成，通过控制第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂的开关状态从一组I路正交信号中确定出一I路正交信号，并与后续选出的Q路正交信号以此确定合成的矢量象限，I_IDC为可调电流源，通过改变电流，改变第一可变增益放大电路增益值，从而改变输出的I路正交信号的相位。

进一步地，第二可变增益放大电路包括晶体管Q₄₅～晶体管Q₄₈、第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄、电流源Q_IDAC。

具体而言，请再参见图8，本实施例第二可变增益放大电路的具体电路连接关系为：晶体管Q₄₅的栅极、晶体管Q₄₈的栅极均与可重构多相滤波电路的第二输出端连接，晶体管Q₄₆的栅极、晶体管Q₄₇的栅极均与可重构多相滤波电路的第四输出端连接，晶体管Q₄₅的源极、晶体管Q₄₆的源极均与第三象限选择开关SW₃的一端连接，晶体管Q₄₇的源极、晶体管Q₄₈的源极均与第四象限选择开关SW₄的一端连接，晶体管Q₄₅～晶体管Q₄₈的漏极均与增益求和电路连接，第三象限选择开关SW₃的另一端、第四象限选择开关SW₄的另一端与电流源Q_IDAC的输入端连接，电流源Q_IDAC的输出端接地。本实施例第二可变增益放大电路实现可重构多相滤波电路的第二输出端输出的Q_out+、第四输出端输出的Q_out-电路的选择和幅度调整处理，第二可变增益放大电路由第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄、可调电流源Q_IDC，以及晶体管Q₄₅～晶体管Q₄₈构成，通过控制第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄的开关状态从一组Q路正交信号中确定出一Q路正交信号，并与前述选出的I路正交信号以此确定合成的矢量象限，Q_IDC为可调电流源，通过改变电流，改变第二可变增益放大电路增益值，从而改变输出的Q路正交信号的相位。

进一步地，本实施例增益求和电路包括晶体管Q₄₉、晶体管Q₄₁₀、电阻R₄₁、电阻R₄₂、电感L₄₁、电感L₄₂。

具体而言，请再参见图8，本实施例增益求和电路的具体电路连接关系为：晶体管Q₄₉的发射极与晶体管Q₄₁的集电极、晶体管Q₄₃的集电极、晶体管Q₄₅的集电极、晶体管Q₄₇的集电极连接，晶体管Q₄₁₀的发射极与晶体管Q₄₂的集电极、晶体管Q₄₄的集电极、晶体管Q₄₆的集电极、晶体管Q₄₈的集电极连接，晶体管Q₄₉的集电极与电阻R₄₁的一端、可变增益加法电路的第一输出端连接，晶体管Q₄₁₀的集电极与电阻R₄₂的一端、可变增益加法电路的第二输出端连接，电阻R₄₁的另一端与电感L₄₁的一端连接，电阻R₄₂的另一端与电感L₄₂的一端连接，电感L₄₁的另一端、电感L₄₂的另一端均接VDD。本实施例通过晶体管Q₄₉～晶体管Q₄₁₀，以及由电阻R₄₁、电阻R₄₂、电感L₄₁、电感L₄₂组成的负载电路，以电流和的形式对幅度不同的调幅后的I路正交信号、调幅后的Q路正交信号进行相加得到最终的移相信号。

进一步地，本实施例根据预设规则从一组I路正交信号中选择一I路正交信号、从一组Q路正交信号中选择一Q路正交信号包括：根据第一象限选择开关、第二象限选择开关从一组IQ正交信号中选择一I路正交信号；根据第三象限选择开关、第四象限选择开关从一组IQ正交信号中选择一Q路正交信号。其中，第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂、第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄可以通过数字电路设计实现，用于控制正交信号的选择，本实施例第一可变增益放大电路中第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂同一时间只可一个开关导通，第二可变增益放大电路中第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄同一时间只可一个开关导通，具体开关控制方式包括：第一象限选择开关SW₁开、第三象限选择开关SW₃开，第一象限选择开关SW₁开、第四象限选择开关SW₄开，第二象限选择开关SW₂开、第三象限选择开关SW₃开，第二象限选择开关SW₂开、第四象限选择开关SW₄开，相对应开关开的时候，第一可变增益放大电路、第二可变增益放大电路根据象限选择开关的开关选择相应的I路正交信号、Q路正交信号，根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限，并对选择的I路正交信号、Q路正交信号进行幅度调整处理，增益求和电路对调幅后的I路正交信号、Q路正交信号进行矢量求和处理得到最终的移相信号。请参见图9，图9是本发明实施例提供的一种超宽带可重构有源移相器中信号传输过程中的变化示意图。

请参见图10(a)～10(c)，图10(a)～10(c)是本发明实施例提供的在不同频段下最大移相误差、均方根移相误差示意图，其中，图10(a)为低频段2-7GHz下最大移相误差、均方根移相误差示意图，图10(b)为中频段6-13GHz下最大移相误差、均方根移相误差示意图，图10(c)为高频段10-18GHz下最大移相误差、均方根移相误差示意图，本实施例通过调整变容二极管的反偏电压，实现从2GHz-18GHz频带内低中高频段的移相，由图可以看出：在低高中频段的相位均方根误差均小于2°。

对应地，请参见图11(a)～11(c)，图11(a)～11(c)是本发明实施例提供的在不同频段下均方根增益误差示意图，其中，图11(a)为低频段2-7GHz下均方根增益误差示意图，图11(b)为中频段6-13GHz下均方根增益误差示意图，图11(c)为高频段10-18GHz下均方根增益误差示意图，本实施例实现从2GHz-18GHz频带内低中高频段的移相时，对应的移相器附加的幅度均方根误差小于0.15dB。

综上所述，本实施例提出的超宽带可重构有源移相器，基于可重构多相滤波电路实现了高性能矢量调制，由于对可重构多相滤波电路的工作频带进行了重构，大大扩展了多相滤波电路的工作带宽，且具有移相相位精度高、插入损耗低的特点，移相器由有源器件构成适用于集成电路设计中，具体通过变容二极管对可重构多相滤波电路的工作频带进行重构，使得移相器不仅拥有2G-18G的工作带宽，且拥有6Bit的相位控制精度和校准前小于2.2°的均方根移相误差。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超宽带可重构有源移相器，其特征在于，包括巴伦电路、驱动放大电路、可重构多相滤波电路、可变增益加法电路，其中，

所述巴伦电路，连接信号输入端，用于将输入信号转换为差分信号；

所述驱动放大电路，连接所述巴伦电路，用于对所述差分信号进行放大处理得到差分放大信号；

所述可重构多相滤波电路，连接所述驱动放大电路，包括N个级联的可重构正交信号产生电路，用于通过控制N个级联的可重构正交信号产生电路的电容值，将所述差分放大信号转换为不同工作带宽下的一组I路正交信号、一组Q路正交信号；

所述可变增益加法电路，连接所述可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组I路正交信号中选择一I路正交信号、从一组Q路正交信号中选择一Q路正交信号，根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限，根据所述矢量象限分别对选择的I路正交信号、Q路正交信号进行增益调整，并对调整后的增益进行矢量求和得到最终的移相信号。

2.根据权利要求1所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，所述巴伦电路包括电感L₁₁～电感L₁₃、电阻R₁₁、电阻R₁₂、晶体管Q₁₁～晶体管Q₁₆、电流源A₁₁、电流源A₁₂，其中，

所述电感L₁₁的一端、所述电感L₁₂的一端与VDD连接，所述电感L₁₁的另一端与所述电阻R₁₁的一端连接，所述电阻R₁₁的另一端与所述晶体管Q₁₂的集电极、所述晶体管Q₁₅的基极连接，所述晶体管Q₁₂的发射极与所述晶体管Q₁₁的集电极连接，所述晶体管Q₁₁的发射极与所述电感L₁₃的一端、所述信号输入端、所述晶体管Q₁₃的基极连接，所述晶体管Q₁₃的集电极与所述晶体管Q₁₄的发射极连接，所述晶体管Q₁₄的集电极与所述电阻R₁₂的一端、所述晶体管Q₁₆的基极连接，所述电阻R₁₂的另一端与所述电感L₁₂的另一端连接，所述晶体管Q₁₆的发射极与所述电流源A₁₂的输入端、所述巴伦电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₁₅的发射极与所述电流源A₁₁的输入端、所述巴伦电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₁₅的集电极、所述晶体管Q₁₆的集电极均与VDD连接，所述晶体管Q₁₁的基极、所述晶体管Q₁₂的基极、所述晶体管Q₁₄的基极、所述电感L₁₃的另一端、所述电流源A₁₁的输出端、所述电流源A₁₂的输出端均接地。

3.根据权利要求1所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，所述驱动放大电路包括电感L₂₁、电感L₂₂、电阻R₂₁～电阻R₂₄、晶体管Q₂₁～晶体管Q₂₆、电流源A₂₁～电流源A₂₃，其中，

所述电感L₂₁的一端、所述电感L₂₂的一端与VDD连接，所述电感L₂₁的另一端与所述电阻R₂₁的一端连接，所述电阻R₂₁的另一端与所述晶体管Q₂₂的集电极、所述晶体管Q₂₆的基极连接，所述晶体管Q₂₂的发射极与所述晶体管Q₂₁的集电极连接，所述晶体管Q₂₁的发射极与所述电阻R₂₃的一端连接，所述电阻R₂₃的另一端与所述电流源A₂₁的输入端、所述电阻R₂₄的一端连接，所述电阻R₂₄的另一端与所述晶体管Q₂₃的发射极连接，所述晶体管Q₂₃的集电极与所述晶体管Q₂₄的发射极连接，所述晶体管Q₂₄的集电极与所述电阻R₂₂的一端、所述晶体管Q₂₅的基极连接，所述电阻R₂₂的另一端与所述电感L₂₂的另一端连接，所述晶体管Q₂₅的发射极与所述电流源A₂₂的输入端、所述驱动放大电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₂₆的发射极与所述电流源A₂₃的输入端、所述驱动放大电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₂₁的基极与所述述巴伦电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₂₃的基极与所述巴伦电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₂₅的集电极、所述晶体管Q₂₆的集电极均与VDD连接，所述晶体管Q₂₂的基极、所述晶体管Q₂₄的基极、所述电流源A₂₁的输出端、所述电流源A₂₂的输出端、所述电流源A₂₃的输出端均接地。

4.根据权利要求1所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，每一级所述可重构正交信号产生电路包括电阻R₃₁～电组R₃₈、电容C₃₁～电容C₃₈、电容C_var1～电容C_var4，其中，

每一级中，所述电容C₃₁、所述电容C_var1、所述电容C₃₂依次串联，所述电容C₃₃、所述电容C_var2、所述电容C₃₄依次串联，所述电容C₃₅、所述电容C_var3、所述电容C₃₆依次串联，所述电容C₃₇、所述电容C_var4、所述电容C₃₈依次串联；

每一级中，所述电容C₃₁的另一端与所述电阻R₃₁的一端连接，所述电容C₃₂的另一端与所述电阻R₃₂的一端连接，所述电容C₃₃的另一端与所述电阻R₃₂的另一端连接，所述电容C₃₄的另一端与所述电阻R₃₃的一端连接，所述电容C₃₅的另一端与所述电阻R₃₃的另一端连接，所述电容C₃₆的另一端与所述电阻R₃₄的一端连接，所述电容C₃₇的另一端与所述电阻R₃₄的另一端连接，所述电容C₃₈的另一端与所述电阻R₃₁的另一端连接；

第1级中，所述电容C₃₁的另一端、所述电容C₃₃的另一端还分别与所述驱动放大电路的第一输出端连接，所述电容C₃₅的另一端、所述电容C₃₇的另一端还分别与所述驱动放大电路的第二输出端连接；

第n+1级中，0<n<N，所述电容C₃₁的另一端还与第n级中所述电容C₃₈的另一端连接，所述电容C₃₃的另一端还与第n级中所述电容C₃₂的另一端连接，所述电容C₃₅的另一端还与第n级中所述电容C₃₄的另一端连接，所述电容C₃₇的另一端还与第n级中所述电容C₃₆的另一端连接；

第N级中，所述电容C₃₈的另一端与所述可重构多相滤波电路的第一输出端连接，所述电容C₃₂的另一端与所述可重构多相滤波电路的第二输出端连接，所述电容C₃₄的另一端与所述可重构多相滤波电路的第三输出端连接，所述电容C₃₄的另一端与所述可重构多相滤波电路的第四输出端连接。

5.根据权利要求4所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，所述电容C_var1、所述电容C_var2、所述电容C_var3、所述电容C_var4均为变容二极管。

6.根据权利要求1所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，所述可变增益加法电路包括第一可变增益放大电路、第二可变增益放大电路、增益求和电路，其中，

所述第一可变增益放大电路，连接所述可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组IQ正交信号中选择一I路正交信号，并对选择的I路正交信号进行幅度调整得到调幅后的I路正交信号；

所述第二可变增益放大电路，连接所述可重构多相滤波电路，用于根据预设规则从一组IQ正交信号中选择一Q路正交信号，并对选择的Q路正交信号进行幅度调整得到调幅后的Q路正交信号；

所述第一可变增益放大电路、所述第二可变增益放大电路，还用于根据选择的I路正交信号、Q路正交信号确定矢量象限；

所述增益求和电路，连接所述第一可变增益放大电路、所述第二可变增益放大电路，用于根据所述矢量象限对所述调幅后的I路正交信号、所述调幅后的Q路正交信号进行矢量求和得到最终的移相信号。

7.根据权利要求6所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，所述第一可变增益放大电路包括晶体管Q₄₁～晶体管Q₄₄、第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂、电流源I_IDAC，其中，

所述晶体管Q₄₁的栅极、所述晶体管Q₄₄的栅极均与可重构多相滤波电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₄₂的栅极、所述晶体管Q₄₃的栅极均与可重构多相滤波电路的第三输出端连接，所述晶体管Q₄₁的源极、所述晶体管Q₄₂的源极均与所述第一象限选择开关SW₁的一端连接，所述晶体管Q₄₂的源极、所述晶体管Q₄₃的源极均与所述第二象限选择开关SW₂的一端连接，所述晶体管Q₄₁～晶体管Q₄₄的漏极均与所述增益求和电路连接，所述第一象限选择开关SW₁的另一端、所述第二象限选择开关SW₂的另一端与所述电流源I_IDAC的输入端连接，所述电流源I_IDAC的输出端接地。

8.根据权利要求7所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，所述第二可变增益放大电路包括晶体管Q₄₅～晶体管Q₄₈、第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄、电流源Q_IDAC，其中，

所述晶体管Q₄₅的栅极、所述晶体管Q₄₈的栅极均与可重构多相滤波电路的第二输出端连接，所述晶体管Q₄₆的栅极、所述晶体管Q₄₇的栅极均与可重构多相滤波电路的第四输出端连接，所述晶体管Q₄₅的源极、所述晶体管Q₄₆的源极均与所述第三象限选择开关SW₃的一端连接，所述晶体管Q₄₇的源极、所述晶体管Q₄₈的源极均与所述第四象限选择开关SW₄的一端连接，所述晶体管Q₄₅～晶体管Q₄₈的漏极均与所述增益求和电路连接，所述第三象限选择开关SW₃的另一端、所述第四象限选择开关SW₄的另一端与所述电流源Q_IDAC的输入端连接，所述电流源Q_IDAC的输出端接地。

9.根据权利要求8所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，所述增益求和电路包括晶体管Q₄₉、晶体管Q₄₁₀、电阻R₄₁、电阻R₄₂、电感L₄₁、电感L₄₂，其中，

所述晶体管Q₄₉的发射极与所述晶体管Q₄₁的集电极、所述晶体管Q₄₃的集电极、所述晶体管Q₄₅的集电极、所述晶体管Q₄₇的集电极连接，所述晶体管Q₄₁₀的发射极与所述晶体管Q₄₂的集电极、所述晶体管Q₄₄的集电极、所述晶体管Q₄₆的集电极、所述晶体管Q₄₈的集电极连接，所述晶体管Q₄₉的集电极与所述电阻R₄₁的一端、所述可变增益加法电路的第一输出端连接，所述晶体管Q₄₁₀的集电极与所述电阻R₄₂的一端、所述可变增益加法电路的第二输出端连接，所述电阻R₄₁的另一端与所述电感L₄₁的一端连接，所述电阻R₄₂的另一端与所述电感L₄₂的一端连接，所述电感L₄₁的另一端、所述电感L₄₂的另一端均接VDD。

10.根据权利要求9所述的超宽带可重构有源移相器，其特征在于，根据预设规则从一组I路正交信号中选择一I路正交信号、从一组Q路正交信号中选择一Q路正交信号包括：

根据第一象限选择开关SW₁、第二象限选择开关SW₂从一组IQ正交信号中选择一I路正交信号；

根据第三象限选择开关SW₃、第四象限选择开关SW₄从一组IQ正交信号中选择一Q路正交信号。

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