CN204707098U - 一种矢量相加移相器中的增益控制电路 - Google Patents

Abstract

一种模拟矢量相加移相器中的增益控制电路。增益控制电路可以通过对于两路正交基矢量信号的幅值进行改变以调节输出信号的相位。在增益控制电路中使用了反馈调节模块减小移相过程中的增益波动。

Description

一种矢量相加移相器中的增益控制电路

技术领域

本实用新型涉及通信设备与测量设备中所使用的信号移相处理电路。

背景技术

矢量相加移相原理如图1所示。图中I+与Q+是两个正极性的单位正交矢量，I-与Q-是两个负极性的单位正交矢量。

假设正交矢量I+和Q+可以表示为cos(θ)与sin(θ)，I+和Q+分别乘以相应的系数A与B并且相加可以得到输出信号y

            

在A,B满足的条件下改变A、B值的大小，则输出信号可以保持幅值不变，而相角随(B/A)的比值而改变。这样可以通过两个正交信号的幅值改变实现输出信号移相。改变正交信号I+和Q+的极性为I-或Q-，可以使得输出信号相位在不同象限之间变化。

 根据以上原理可构造矢量相加移相电路，其功能框图如图2所示。首先通过I/Q网络产生两个幅值相等，相位差为90°的正交基矢量。两路输入正交信号经过极性选择网络后分别被可变增益放大器放大后再相加得到输出信号。可变增益放大器的增益受增益控制模块调节，可以使得输出信号相位改变而幅值保持不变。放大器的输入正交信号的极性由极性选择模块决定，改变输入信号的极性可以使得输出信号的相位在四个象限之间进行变换，实现360°范围内全相位移相。

    增益控制模块受控制信号调节改变两路正交基矢量的幅值时应当使得在变化过程中I/Q正交基矢量幅值平方和为常数。2010年IEEE Transactions on circuits and systems-I:Regular papers 57卷第4号由You Zheng, Carlos E. Saavedra发表的文章 Full 360° vector-sum phase shifter for microwave system applications报道了这样的移相器。该文章使用了图3所示的增益控制模块，该电路通过控制电压V_C3调节幅值控制电压V_I3与V_Q3以产生幅值控制变量。为了满足幅值平方和为常数的条件，在V_C3改变过程中，应当保持电流T₃₂的漏极电流I_A3恒定，但是由于实际电路中V_C3的改变会引起T₃₂漏极电压的改变，根据晶体管的沟道长度调制效应，晶体管T₃₂的漏源电压的变化会引起I_A3的改变，这样会使得在移相过程中出现增益波动现象，即在不同的输出相位状态下电路的增益会有变化。

    本发明针对此问题提出一种方案，可以减少移相过程中的增益波动。

发明内容

本发明提出一种矢量相加移相电路中的增益控制电路，可以减少移相过程中的增益波动。

    本发明所提出的模拟矢量相加移相器的增益控制电路，包括：电流源负载模块400，偏置模块402，反馈调节模块401，核心控制模块403。

    进一步，所述反馈调节模块包括：PMOS晶体管M₃与PMOS晶体管M₄,电阻R_b；PMOS晶体管M₃的源极与电源连接，漏极与PMOS晶体管M₄的栅极和电阻R_b连接，栅极与PMOS晶体管M₄的源极与所述电流源负载模块连接；PMOS晶体管M₄的漏极与核心控制模块403连接。

    进一步，所述电流源负载模块包括：PMOS晶体管M₁与PMOS晶体管M₂，电阻R_a；M₁的栅极与M₂的栅极连接，M₁与M₂的源极连接电源，M₂的漏极与反馈调节模块401连接，M₁的栅极与漏极连接，电阻R_a一端与M1的漏极连接，另外一端连接偏置电压。

    进一步，权利要求1中的模拟矢量相加移相器的增益控制电路,其所述核心控制模块包括：两个PMOS晶体管M₅与M₆，两个NMOS晶体管M₇与M₈；M₅与M₆的源极与反馈调节模块连接，M₅的栅极与控制电压连接，M₆的栅极与偏置模块连接；M₅与M₇的漏极连接，M₆与M₈的漏极连接；M₇的漏极与栅极连接，M₇的源极接地；M₈的漏极与栅极连接，M₈的源极接地；M₇与M₈的栅极电压为矢量幅值控制电压。

    进一步，权利要求1中的模拟矢量相加移相器的增益控制电路，其所述偏置模块包括连接在电源与地之间的两个串联电阻，两个电阻中间的节点与所述核心控制模块的M₆的栅极连接。

附图说明

 图1是矢量相加移相原理说明图；

图2是矢量相加移相电路功能框图；

图3是现有技术的增益控制电路；

图4是本发明所提出的增益控制电路；

图5是本发明所提出的增益控制电路在矢量求和网络中的应用示例。

具体实施方式

图4为本发明提出的增益控制电路，其核心控制模块403是两个NMOS晶体管 M₇-M₈ 与两个级联的PMOS 晶体管 M₅-M₆。晶体管 M₅-M₆ 的漏极电流可以通过控制电压V _C4调配，M₅-M₆的漏极电流之和为

          

这里I _I4 是M₅ 的漏极电流而I _Q4 是M₆的漏极电流。I _A4 是M₄的漏极电流。M₇~M₈的栅极电压为增益控制模块输出电压V _I4与V _Q4。反馈调节模块401包括M₃-M₄ 与电阻R _b，其可以减少控制电压 V _C4变化引起的 I _A4 的变化。电流源负载模块400包括晶体管M₁、M₂与电阻R_a。偏置模块402包括电阻R_c与R_d。当电流I_A4增大，M₄的源极电位降低，M₃的漏极电流增加，电阻R_b上电压降增大，M₄栅极电位增加，这将会抑制I_A4的增加，使得在移相过程中I_A4的电流更为稳定。

     图5为一种使用了图４的增益控制电路的矢量求和网络。该电路主要由增益控制、极性选择和矢量相加三个模块组成。增益控制模块在图5的左边，矢量相加模块主要由I支路放大器I与Q支路放大器Q组成。放大器I与放大器Q均由两个可变增益差分放大单元组成。放大器I包含晶体管T₁-T₆，放大器Q包含晶体管T₇~T₁₂。I支路基矢量信号由V_I+与V_I-端输入，Q支路基矢量信号由V_Q+与V_Q-端输入。极性选择模块主要由四个开关、、、组成，它们分别控制T₃、T₆、T₉与T₁₂的栅极电压状态。不同的开关状态对应不同的输入信号极性。

假设T₃ 的栅极连接到控制电压V _GQ,T₉ 的栅极连接到控制电压V _GI，则T₆与T₁₂的栅极被连接到地。放大器的小信号输出电压可以表示为

这里V _out 是差分输出电压，V _I 与V _Q 是差分输入I/Q信号。g _mI 是晶体管T₁-T₂ 的跨导，g _mQ 是晶体管T ₇ 与T₈的跨导。V _I与V _Q可以分别表示为 kcos(ωt )与ksin(ωt)，这里k是比例因子，则V_out 可以表示为

这里

这里μ _n为MOS晶体管沟道载流子迁移率，C _OX为栅氧化层电容。

由以上可见，移相器的增益A_v与电流I_A有关，本文件提出的增益控制模块可以使得电流I _I 与I _Q 在变化时电流 I _A 的稳定性更高，因而可以实现对于移相器增益波动的抑制。

Claims (5)

1.一种模拟矢量相加移相器的增益控制电路，其特征在于，包括：电流源负载模块(400)，偏置模块(402)，反馈调节模块(401)，核心控制模块(403)。

2. 根据权利要求1所述的模拟矢量相加移相器的增益控制电路,其特征是：所述反馈调节模块包括：PMOS晶体管M₃与PMOS晶体管M₄,电阻R_b；PMOS晶体管M₃的源极与电源连接，漏极与PMOS晶体管M₄的栅极和电阻R_b连接，栅极与PMOS晶体管M₄的源极与所述电流源负载模块连接；PMOS晶体管M₄的漏极与核心控制模块(403)连接。

3.根据权利要求1所述的模拟矢量相加移相器的增益控制电路，其特征是：所述电流源负载模块包括：PMOS晶体管M₁与PMOS晶体管M₂，电阻R_a；M₁的栅极与M₂的栅极连接，M₁与M₂的源极连接电源，M₂的漏极与反馈调节模块(401)连接，M₁的栅极与漏极连接，电阻R_a一端与M1的漏极连接，另外一端连接偏置电压。

4.根据权利要求1所述的模拟矢量相加移相器的增益控制电路,其特征是：所述核心控制模块包括：两个PMOS晶体管M₅与M₆，两个NMOS晶体管M₇与M₈；M₅与M₆的源极与反馈调节模块连接，M₅的栅极与控制电压连接，M₆的栅极与偏置模块连接；M₅与M₇的漏极连接，M₆与M₈的漏极连接；M₇的漏极与栅极连接，M₇的源极接地；M₈的漏极与栅极连接，M₈的源极接地；M₇与M₈的栅极电压为矢量幅值控制电压。

5.根据权利要求1所述的模拟矢量相加移相器的增益控制电路，其特征是：所述偏置模块包括连接在电源与地之间的两个串联电阻，两个电阻中间的节点与所述核心控制模块的M₆的栅极连接。