CN112886929B - 一种宽调谐范围的分布式振荡器电路 - Google Patents

一种宽调谐范围的分布式振荡器电路 Download PDF

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    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
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Abstract

一种宽调谐范围的分布式振荡器电路，包括输入人工传输线、输出人工传输线以及增益单元；增益单元分为多路并联在输入人工传输线和输出人工传输线之间，每路的增益单元上均设有一个单刀双掷开关ai；输入人工传输线和输出人工传输线之间通过多路一组单刀单掷开关bj连接；输入人工传输线和输出人工传输线的终端均设有可调匹配网络以改变人工传输线的终端负载，从而改变人工传输线的信号传输特性，以此改变振荡器的振荡频率。本电路利用分布式放大器电路的结构特点以及宽频带特性，通过增加一组开关电路和可调匹配网络实现了宽频率调谐范围的振荡器功能。

Description

一种宽调谐范围的分布式振荡器电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种宽调谐范围的分布式振荡器电路。
背景技术
为了满足多种通信模式和不同应用场合的频率需求，振荡器的输出频率范围需要更宽，因此宽频带振荡器的研究和设计显得尤为重要。分布式放大器的工作原理是利用晶体管的寄生电容构成人工传输线，从而能够突破传统放大器的增益带宽积的限制，在很宽频带内(可达多倍频乃至十倍频以上)得到较大的平坦增益。
现有技术中，通常采用的宽带放大器设计技术包括负反馈、平衡放大器、电阻匹配以及有源匹配等等，然而这些技术均无法有效提升放大器的增益带宽积。分布式放大器由于其结构上的特性，能够突破放大器增益带宽积的限制，实现更宽频带的信号放大，在包括微波功率放大器在内的超宽带MMIC领域里得到了广泛的应用。目前对于分布式放大器电路的研究主要集中在对增益、带宽以及输出功率等电路性能的改善，但通过分布式放大器实现信号发生、调制等其它特殊功能的电路很少。
发明内容
本发明针对上述背景技术中现有技术存在的问题，提出了一种新的能够实现宽频带调谐的分布式振荡器电路。
一种宽调谐范围的分布式振荡器电路，包括输入人工传输线、输出人工传输线以及增益单元；
所述增益单元分为多路并联在输入人工传输线和输出人工传输线之间，每路的增益单元上均设有一个单刀双掷开关ai；
输入人工传输线和输出人工传输线之间通过多路一组单刀单掷开关bj连接；
输入人工传输线和输出人工传输线的终端均设有可调匹配网络以改变人工传输线的终端负载，从而改变人工传输线的信号传输特性，以此改变振荡器的振荡频率。
进一步地，开关ai的总数≥开关bj的总数。
进一步地，电路中任何时候开关bj只有一个闭合，其余均断开。
进一步地，当开关bj闭合时，开关ai(i<j)均接至低电平VL，开关ai(i≥j)均接至高电平VH。
进一步地，电路中，输入信号由开关bi控制在输入人工传输线上的不同节点进行输入，以控制人工传输线的电长度，即信号传输的相移。
进一步地，所述可调匹配网络采用压控变容管。
本发明达到的有益效果为：提出了一种改进的分布式放大器电路结构，利用分布式放大器电路的结构特点以及宽频带特性，通过增加一组开关电路和可调匹配网络实现了宽频率调谐范围的振荡器功能。
附图说明
图1为本发明实施例中传统的分布式放大器电路结构示意图。
图2为本发明实施例中常用的增益单元电路结构示意图。
图3为本发明实施例中传统的分布式振荡器电路原理图。
图4为本发明实施例中所述宽调谐范围的分布式振荡器电路图。
图5为本发明实施例中常用的MOS开关的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
分布式放大器的基本原理是将晶体管的寄生电容与电感元件构成人工传输线，从而克服寄生电容造成的增益滚降，其电路原理图如图1所示，片上电感LGi和增益单元的输入阻抗构成了输入人工传输线，片上电感LDi和增益单元的输出阻抗构成了输出人工传输线。图1中的增益单元可以采用图2所示的任意一种电路结构，但同一电路中一般采用相同的电路结构。
传统的分布式振荡器电路原理图如图3所示，其通过将分布式放大器的输出端信号反馈至输入端从而实现振荡，显然该电路无法实现宽调谐范围的周期信号输出。
分布式振荡器的振荡条件要求从输出端反馈回输入端的反馈信号满足巴克豪森准则。分布式放大器进行信号传输的理论基础为传输线理论，设传输线的终端负载为ZL＝R+jX，则终端的电压反射系数为：
Figure BDA0002921634940000031
其中反射系数Γ2的模值和相角分别为：
Figure BDA0002921634940000032
Figure BDA0002921634940000041
此时长度为z的传输线电压信号的复数表达式为：
Figure BDA0002921634940000042
其中β为相移常数，
Figure BDA0002921634940000043
为电压输入信号。由上式可以看出通过改变传输线的长度z和终端负载ZL都可以改变电压信号的幅度和相移。
本实施例公开的能够实现宽频带调谐的振荡器电路如图4所示，图4中有一组单刀双掷开关ai和一组单刀单掷开关bj，这两组开关满足以下特性：
(1)开关ai的总数≥开关bj的总数；
(2)任何时候开关bj只有一个闭合，其余均断开；
(3)当开关bj闭合时，开关ai(i<j)均接至低电平VL，开关ai(i≥j)均接至高电平VH；
当开关b2所控制的开关闭合，其它开关bj(j≠2)均断开时，信号的N-1条传输路径如图中标出的传输路径所示。显然，当所选择闭合的开关bj发生变化时，传输路径会相应的发生变化，从而影响输出信号在整个环路中传输中产生的相移。
图4中的分布式振荡器电路具有以下特征：
1.输入信号并不总是从输入人工传输线的最左端输入，而是通过开关bi来控制，使得输入信号在输入人工传输线上的不同节点进行输入，从而可以改变人工传输线的电长度(即改变信号传输的相移)，进而改变振荡器的振荡频率。开关bi可以采用图5所示的3种开关电路中的一种，但不仅限于这3种电路。
2.每级增益单元可以采用图2所示的不同的电路结构，或者采用相同的电路结构，其中的晶体管等器件的尺寸可以设置为不同的大小，也可以设置为相同的大小。通过改变增益单元的电路结构或是器件尺寸，可以改变人工传输线的电长度(即改变信号传输的相移)，从而改变振荡器的振荡频率。
3.通过调整匹配电感LGi和LDi能够改变信号传递函数，可以改变人工传输线的电长度(即改变信号传输的相移)，从而改变振荡器的振荡频率。
4.通过输入/输出人工传输线终端增加的可调匹配网络(可采用压控变容管实现)可以改变人工传输线的终端负载，从而改变人工传输线的信号传输特性，以此改变振荡器的振荡频率。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (2)

1.一种宽调谐范围的分布式振荡器电路，包括输入人工传输线、输出人工传输线以及增益单元，其特征在于：
所述增益单元分为多路并联在输入人工传输线和输出人工传输线之间，每路的增益单元上均设有一个单刀双掷开关ai；
输入人工传输线和输出人工传输线之间通过多路一组单刀单掷开关bj连接；
输入人工传输线和输出人工传输线的终端均设有可调匹配网络以改变人工传输线的终端负载，从而改变人工传输线的信号传输特性，以此改变振荡器的振荡频率；
开关ai的总数≥开关bj的总数；
电路中任何时候开关bj只有一个闭合，其余均断开；
当开关bj闭合时，i<j的开关ai均接至低电平VL，i≥j的开关ai均接至高电平VH；
电路中，输入信号由开关bj控制在输入人工传输线上的不同节点进行输入，以控制人工传输线的电长度，即信号传输的相移。
2.根据权利要求1所述的一种宽调谐范围的分布式振荡器电路，其特征在于：所述可调匹配网络采用压控变容管。
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CN104810576A (zh) * 2015-03-31 2015-07-29 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种毫米波宽带0～π移相器
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CN109150122A (zh) * 2018-08-01 2019-01-04 南京邮电大学 一种可重构的分布式放大器电路

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