CN116996027A - 一种提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，包括数控开关电容单元，数控开关电容单元中的每个电容分别与一个NMOS管级联，其中每一个电容开启与关断由与其级联的NMOS管控制，NMOS管作为数控开关，其开关电压由电压源统一提供，串联电阻起保护MOS管作用；多个数控开关电容单元可以分为两组，分别并联在调制器本振差分输入端，通过调整外接电源，使数控开关电容单元补偿调制器电路的对称性，从而改善调制器的隔离度。
Description
技术领域
本发明一种提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，属于毫米波亚毫米波单片集成调制器技术。
背景技术
调制器是现代无线通信系统中的重要关键部件，OOK调制是一种数字调制技术，也称为闪光调制，它将数字信号转换成居于两种不同振幅的模拟信号。当数字信号为1时，发送器输出一个高幅度的载波；当数字信号为0时，发送器输出一个低幅度的载波。OOK调制解调电路广泛用于通信、计算机、物联网等领域。例如，在通信中，OOK调制解调电路可以将语音和数据信号从发送端传输到接收端，实现语音和数据的实时传输。在计算机中，OOK调制解调电路可用于实现无线传输，如蓝牙和Wi-Fi传输等。在物联网中，OOK调制解调电路可用于实现无线传感器网络和智能家居等领域的数据传输。OOK调制器电路中，误码率是其一个极其重要的指标，它反映了系统的可靠性和稳定性，误码率过高会带来整个通信系统数据传输错误率过高的问题。而在差分OOK调制器电路中，电路的不对称会极大的影响误码率，传统的差分OOK调制器是通过尽量对称的布板来减小电路的不对称性，但是在毫米波亚毫米波频段，电路寄生效应恶化严重，这些不可控因素会大大影响差分电路的不对称性，进而影响OOK调制器电路的隔离度。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，在OOK调制器中，该方法通过多个数控开端电容单元控制OOK调制器差分输入端口，对整体OOK调制器电路进行对称性补偿，从而改善OOK电路开关打开和关断状态下的隔离度。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法采用的技术方案为：
在OOK调制器中，采用多个数控开关电容单元分为两组，其输出端分别并联在OOK调制器本振差分输入端，通过调整外接电源，使数控开关电容单元补偿OOK调制器电路的对称性，从而改善调制器的隔离度；其中，第一数控开关电容单元、第二数控开关电容单元组成第一组数控开关电容单元，第三数控开关电容单元、第四数控开关电容单元组成第二组数控开关电容单元；
所述第一数控开关电容单元、第二数控开关电容单元、第三数控开关电容单元、第四数控开关电容单元结构一样，其中的每个电容分别与一个开关NMOS管级联，其中每一个电容开启与关断由与其级联的开关NMOS管控制，开关NMOS管作为数控开关，由开关电压控制。
所述第一数控开关电容单元、第二数控开关电容单元、第三数控开关电容单元、第四数控开关电容单元结构一样，每一个数控开关电容单元中包括容值固定的叉指电容，开关NMOS管与保护电阻；第一保护电阻串联在直流调谐电压源与第五NMOS管的栅极之间，起保护MOS管作用；第五NMOS管的漏极与第一叉指电容级联，第一叉指电容的另一端并联在OOK调制器本振输入端，组成第一数控开关电容单元，数控开关电容单元由开关电压控制，存在开与关两个状态；
所述第一数控开关电容单元、第二数控开关电容单元、第三数控开关电容单元、第四数控开关电容单元分为两组，分别并联在OOK调制器的本振差分输入端，每个单端输入端并联两个数控开关电容单元，形成2bit电容开关，完整的OOK调制器电路共形成4bit电容开关，调谐4bit电容开关调整OOK调制器本振差分输入端的本振差分信号，补偿整个电路的对称性，从而改善OOK调制器的隔离度。
所述OOK调制器，其中的本振差分电路由第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管组成，数控开关电容单元的输出端分别并联在调制器本振差分输入端。
有益效果：本发明提供的提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，与现有技术相比，具有如下优点：
1、现有一类改善OOK电路隔离度的方法是增强版图的对称性，但是这对于布板的要求极高，且在毫米波亚毫米波频段电路寄生严重，这些不可控因素会严重影响电路的对称性；本发明使用外部数控开关电容单元进行调谐补偿电路的不对称性，避免对布板的高要求以及毫米波亚毫米波频段不可控的寄生因素。
2、现有另一类改善OOK电路隔离度的方法是利用两个差分对形成一个完整的差分电路，并分别在每个差分对的共发射机连接上可调谐的电流源，通过调谐电流源改变的差分对的直流偏置点改善差分电路的对称性，但是两个差分以及额外的可调谐电流源对会大大增加电路的复杂性，增大芯片的面积成本；本发明仅需要利用4个数控开关电容单元补偿OOK电路的不对称性，数控开关电容单元结构简单，节省芯片面积，且电容容值可以通过电磁仿真软件充分仿真优化，大大降低了电路的复杂度。
附图说明
图1为本发明中补偿OOK调制器的对称性以改善隔离度的电路图；
图2为适合毫米波亚毫米波单片集成的OOK调制器的数控开关电容单元示意图；
图3为未采用数控开关电容单元OOK调制器的射频输出信号波形仿真图；(本振信号130GHz)；
图4为采用数控开关电容单元OOK调制器的射频输出信号波形仿真图；(本振信号130GHz)；
图5为未采用与采用了数控开关电容单元OOK调制器的射频信号波形仿真对比图。
(本振信号130GHz)。
图中有：第一数控开关电容单元1、第二数控开关电容单元2、第三数控开关电容单元3、第四数控开关电容单元4；第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4、第五NMOS管Q5、第六NMOS管Q6、第七NMOS管Q7、第八NMOS管Q8；第一叉指电容C1、第二叉指电容C2、第三叉指电容C3、第四叉指电容C4；第一保护电阻R1、第二保护电阻R2、第三保护电阻R3、第四保护电阻R4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种提高毫米波亚毫米波单片集成OOK调制器隔离度的方法，所述数控开关电容单元包括容值固定的叉指电容，开关NMOS管与保护电阻，以第一数控开关电容单元1为例，第一保护电阻R1串联在直流调谐电压源与第五NMOS管Q5的栅极之间，四五NMOS管Q5与第一叉指电容C1级联，第一叉指电容C1的另一端并联在OOK调制器本振输入端，数控开关电容单元的开关电压由直流调谐电压源提供，存在开与关两个状态；第一保护电阻R1、第五NMOS管Q5、第一叉指电容C1与直流调谐电压源共同组成第一数控开关电容单元1，四个数控开关电容单元第一数控开关电容单元1、第二数控开关电容单元2、第三数控开关电容单元3、第四数控开关电容单元4分为两组，分别并联在OOK调制器的本振差分输入端，每个单端输入端并联两个数控开关电容单元，形成2bit电容开关，完整的OOK调制器电路共形成4bit电容开关，调谐4bit电容开关调整OOK调制器本振差分输入端的本振差分信号，补偿整个电路的对称性，从而改善OOK调制器的隔离度。
如图2所示为数控开关电容单元，本发明的数控开关电容单元通过控制NMOS管栅极电压进而控制NMOS管的开启与关断，当NMOS管开启时，漏极导通，与其级联的电容被开启接入到电路中，同时由于电容隔直的特性数控开关电容单元不会影响到OOK调制器电路的直流偏置，数控开关电容单元只改变差分输入信号的幅度和相位，补偿电路的不平衡性。
差分OOK调制器电路由于存在电路不对称进而引起本振泄露的问题，即使在调制信号为0时，依然会输出具有一定幅度的射频信号，会大大增加调制器的误码率。本发明通过在OOK调制器的本振差分输入端并联上数控电容开关单元，并通过电容的开启与关断调整输入差分信号的幅度与相位，通过改变差分输入信号的幅度与相位的平衡性以补偿OOK调制器差分电路本身的不对称性。OOK调制器电路中，共有四个数控开关电容单元，分为两组分别并联在OOK调制器的差分输入端，每个输入端可调谐两个开关电容，可以充分调谐以补偿电路本身的不对称性。
以下是芯片仿真结果：
为验证本发明方法的可行性，利用28nm CMOS工艺设计了D-band调谐隔离度OOK调制器。图3是OOK调制器的射频信号输出波形，可以清楚看到当调制信号为0时，OOK调制器射频输出信号仍然具有幅度，理想条件下调制信号为0时，OOK调制器电路没有直流偏置，而由于OOK调制器差分电路本身的不对称性会造成本振泄露的问题，OOK调制器的本振信号不经由OOK调制器本身的调制，直接泄漏到输出端。采用了数控开关电容单元调谐技术的OOK调制器在调制信号为1时，射频输出信号幅度为25mV，对比未采用数控开关电容单元射频输出信号为30mV减小了16.7％，但当调制信号为0时，采用数控开关电容单元的OOK调制器输出信号幅度为1mV，对比未采用数控开关电容单元的OOK调制器输出信号幅度为2mV，减小了50％，因此数控开关电容单元并不是简单的减小OOK调制器的增益，而是补偿了OOK调制器差分电路的不对称性，改善了OOK调制器电路的隔离度。
以上所述OOK调制器仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，并拓展至其他类型的调制器结构，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，其特征在于：在OOK调制器中，采用多个数控开关电容单元分为两组，其输出端分别并联在OOK调制器本振差分输入端，通过调整外接电源，使数控开关电容单元补偿OOK调制器电路的对称性，从而改善调制器的隔离度；其中，第一数控开关电容单元(1)、第二数控开关电容单元(2)组成第一组数控开关电容单元，第三数控开关电容单元(3)、第四数控开关电容单元(4)组成第二组数控开关电容单元。
2.根据权利要求1所述的提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，其特征在于：所述第一数控开关电容单元(1)、第二数控开关电容单元(2)、第三数控开关电容单元(3)、第四数控开关电容单元(4)结构一样，其中的每个电容分别与一个开关NMOS管级联，其中每一个电容开启与关断由与其级联的开关NMOS管控制，开关NMOS管作为数控开关，由开关电压控制。
3.根据权利要求1或2所述的提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，其特征在于：所述第一数控开关电容单元(1)、第二数控开关电容单元(2)、第三数控开关电容单元(3)、第四数控开关电容单元(4)结构一样，每一个数控开关电容单元中包括容值固定的叉指电容，开关NMOS管与保护电阻；第一保护电阻(R1)串联在直流电压源与第五NMOS管(Q5)的栅极之间，起保护MOS管作用；第五NMOS管(Q5)的漏极与第一叉指电容(C1)级联，第一叉指电容(C1)的另一端并联在OOK调制器本振输入端，组成第一数控开关电容单元(1)，数控开关电容单元由开关电压控制，存在开与关两个状态。
4.根据权利要求3所述的提高毫米波亚毫米波单片集成调制器隔离度的方法，其特征在于：所述第一数控开关电容单元(1)、第二数控开关电容单元(2)、第三数控开关电容单元(3)、第四数控开关电容单元(4)分为两组，分别并联在OOK调制器的本振差分输入端，每个单端输入端并联两个数控开关电容单元，形成2bit电容开关，完整的OOK调制器电路共形成4bit电容开关，调谐4bit电容开关调整OOK调制器本振差分输入端的本振差分信号，补偿整个电路的对称性，从而改善OOK调制器的隔离度。
5.根据权利要求1或2所述的提高毫米波亚毫米波单片集成调制器调谐隔离度的方法，其特征在于：所述OOK调制器，其中的本振差分电路由第一NMOS管(Q1)、第二NMOS管(Q2)、第三NMOS管(Q3)、第四NMOS管(Q4)组成，数控开关电容单元的输出端分别并联在调制器本振差分输入端。
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