TWI806749B - 差分式毫米波通訊架構及電子設備 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種差分式毫米波通訊架構及電子設備，包括發射裝置，所述發射裝置包括依次連接的振盪器、頻率乘法器、第一差分變壓器、至少一個的驅動放大電路和功率放大電路；所述驅動放大電路包括依次連接的驅動放大器和第二差分變壓器，所述功率放大電路包括依次連接的功率放大器和第三差分變壓器，所述功率放大器包括信號開關，所述信號開關與開關鍵控信號輸入端連接。本發明可實現低功耗與小面積的毫米波前端電路。

Description

差分式毫米波通訊架構及電子設備
本發明係關於一種無線通訊技術領域，尤其關於一種差分式毫米波通訊架構及電子設備。
傳統超外差調變射頻前端廣泛應用在手機、WiFi設備、藍牙設備等產品。如圖1所示，其中必須具有LO基頻加上PLL鎖頻器，將信號調變至載波頻率，再由放大器放大發射或是接收，因此基本上需要LO電路、混頻器MIXER、發射器TX、接收器RX以及數模轉換電路幾大模組，除此之外還包含相對應的基帶BASEBAND，（例如，WiFi設備需要MAC和PHY層），還有可能的額外高選擇度濾波器（例如手機的聲表面波濾波器SAW FILTER），這些都是複雜系統需要的器件，其功耗和尺寸往往較大。因此，如何降低射頻前端電路的功耗和面積成為有待解決的問題。
另外，毫米波段（30~300GHz）具有高頻寬的天生優勢，然而，在60GHz有氧衰（oxygen attenuation）的劣勢，信號比一般商用規格更不易傳遞，但是相對現有的通訊系統不會造成干擾；另外，大部分的毫米波段是無認證執照使用的公共頻帶（Unlicensed band）。基於此，毫米波特別適合用於短距離與高資料量通訊的特定應用產品。然而，在現有的高資料量且高速傳輸的毫米波電路中，雜訊容易干擾前端電路特性。
本發明所要解決的技術問題是：提供一種差分式毫米波通訊架構及電子設備，可實現低功耗與小面積的毫米波前端電路。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種差分式毫米波通訊架構，包括發射裝置，所述發射裝置包括依次連接的振盪器、頻率乘法器、第一差分變壓器、至少一個的驅動放大電路和功率放大電路；所述驅動放大電路包括依次連接的驅動放大器和第二差分變壓器，所述功率放大電路包括依次連接的功率放大器和第三差分變壓器，所述功率放大器包括信號開關，所述信號開關與開關鍵控信號輸入端連接。
本發明還提出了一種電子設備，包括如上所述的差分式毫米波通訊架構。
本發明的有益效果在於：通過振盪器輸出基頻信號，然後通過頻率乘法器將基頻信號倍頻至毫米波頻段，可降低振盪器的設計難度，且有利於實現短距離與高資料量的無線通訊；通過第一差分變壓器抵消頻率乘法器倍頻產生的偶次諧波，並實現高頻阻抗轉換，通過開關鍵控信號控制功率放大器的信號開關，以達到調變的效果。本發明利用毫米波天生具有高頻寬優勢，同時採用OOK調變技術來實現短距離通道通訊，可大量簡化整體毫米波前端電路，以達到低功耗與小面積的特點。
為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖詳予說明。
名詞解釋：
振盪器（oscillator）：用來產生重複電子訊號（通常是正弦波或方波）的電子元件，能將直流電轉換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置；簡單地說就是一個頻率源，一般用在鎖相環（Phase locked loop，簡稱PLL）中。
帶阻濾波器（bandstop filters，簡稱BSF）：指能通過大多數頻率分量、但將某些範圍的頻率分量衰減到極低水準的濾波器，與帶通濾波器的概念相對。
諧波：指頻率比主要信號頻率（也就是基頻）高的信號。
奇次諧波（Odd harmonic）：當諧波信號的頻率是基波信號頻率的奇數倍時，則稱該諧波為奇次諧波，即額定頻率為基波頻率奇數倍的諧波。
偶次諧波（even harmonic）：額定頻率為基波頻率偶數倍的諧波。
波峰檢測器（Envelope detector），即包絡檢波器。包絡檢波是幅度檢波，將一段時間長度的高頻信號的峰值點連線，就可以得到上方（正的）一條線和下方（負的）一條線，這兩條線就叫包絡線。包絡線就是反映高頻信號幅度變化的曲線。
OOK（on-off key，開關鍵控）調變技術，又名二進位振幅鍵控（2ASK），它是以單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關閉。OOK是ASK（amplitude shift keying，幅移鍵控）調製的一個特例，其原理是把一個幅度取為0，另一個幅度取為非0。
請參閱圖2，一種差分式毫米波通訊架構，包括發射裝置，所述發射裝置包括依次連接的振盪器、頻率乘法器、第一差分變壓器、至少一個的驅動放大電路和功率放大電路；所述驅動放大電路包括依次連接的驅動放大器和第二差分變壓器，所述功率放大電路包括依次連接的功率放大器和第三差分變壓器，所述功率放大器包括信號開關，所述信號開關與開關鍵控信號輸入端連接。
從上述描述可知，本發明的有益效果在於：可實現低功耗與小面積的毫米波前端電路。
進一步地，所述信號開關與虛接地節點連接。
由上述描述可知，通過採用差分式電路設計，功率放大器的信號開關在差分電路的虛接地，使得信號開關切換所造成的共模雜訊可以抵消在差分電路中，可避免雜訊干擾前端電路特性。
進一步地，所述振盪器的正極信號輸出端與所述頻率乘法器的正極信號輸入端連接，所述振盪器的負極信號輸出端與所述頻率乘法器的負極信號輸入端連接；
所述頻率乘法器的正極信號輸出端與所述第一差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述頻率乘法器的負極信號輸出端與所述第一差分變壓器的初級線圈的另一端連接；
所述第一差分變壓器的次級線圈的一端與第一個驅動放大電路中的驅動放大器的正極信號輸入端連接，所述第一差分變壓器的次級線圈的另一端與第一個驅動放大電路中的驅動放大器的負極信號輸入端連接；
所述驅動放大器的正極信號輸出端與第二差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述驅動放大器的負極信號輸出端與所述第二差分變壓器的初級線圈的另一端連接；
所述第二差分變壓器的次級線圈的一端與下一個驅動放大電路中的驅動放大器的正極信號輸入端連接，所述第二差分變壓器的次級線圈的另一端與下一個驅動放大電路中的驅動放大器的負極信號輸入端連接；
最後一個驅動放大電路中的第二差分變壓器的次級線圈的一端與所述功率放大器的正極信號輸入端連接，最後一個驅動放大電路中的第二差分變壓器的次級線圈的另一端與所述功率放大器的負極信號輸入端連接；
所述功率放大器的正極信號輸出端與所述第三差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述功率放大器的負極信號輸出端與所述第三差分變壓器的初級線圈的另一端連接；
所述第三差分變壓器的次級線圈的一端與所述發射裝置的發射端連接，所述第三差分變壓器的次級線圈的另一端接地。
進一步地，所述頻率乘法器包括第一非線性元件、第二非線性元件和帶阻濾波器；所述第一非線性元件的柵極與所述頻率乘法器的正極信號輸入端連接，所述第一非線性元件的漏極分別與正極信號輸出端和所述帶阻濾波器的一端連接，所述第一非線性元件的源極接地；所述第二非線性元件的柵極與所述頻率乘法器的負極信號輸入端連接，所述第二非線性元件的漏極分別與所述頻率乘法器的負極信號輸出端和帶阻濾波器的另一端連接，所述第二非線性元件的源極接地。
由上述描述可知，頻率乘法器接收到振盪器生成的基頻信號後，通過第一非線性元件和第一非線性元件產生奇次諧波和偶次諧波，通過帶阻濾波器濾除預設倍數的奇次諧波，偶次諧波會被第一差分變壓器抵消，剩下的奇次諧波可以輸出到放大電路進行倍頻。
進一步地，所述第一非線性元件和第二非線性元件為場效應管、雙極結型電晶體、異質結雙極電晶體或場效應電晶體。
進一步地，所述功率放大器包括第一有源器件、第二有源器件和信號開關，所述信號開關為開關管；所述第一有源器件的柵極與所述功率放大器的正極信號輸入端連接，所述第一有源器件的漏極與所述功率放大器的正極信號輸出端連接；所述第二有源器件的柵極與所述功率放大器的負極信號輸入端連接，所述第二有源器件的漏極與所述功率放大器的負極信號輸出端連接；所述第一有源器件的源極和第二有源器件的源極分別與所述開關管的漏極連接；所述開關管的柵極與開關鍵控信號輸入端連接，源極接地；所述開關管的源極與虛接地節點連接。
由上述描述可知，第一有源器件和第二有源器件為功率放大器件，開關鍵控信號輸入端可輸入開關鍵控信號以控制切換開關管，開關管造成的雜訊與非理想效應都因為虛接地抑制，不會造成電路特性損失。功率放大器的輸出端將輸入端與開關鍵控信號混合後，利用第三差分變壓器合成OOK信號於發射端。
進一步地，還包括接收裝置，所述接收裝置包括依次連接的第四差分變壓器、低雜訊放大器、第五差分變壓器和差分式波峰檢測器；所述第五差分變壓器包括一個初級線圈和兩個次級線圈。
由上述描述可知，接收端通過天線接收到信號後，先通過第四差分變壓器抑制雜訊，再通過低雜訊放大器放大信號，然後通過第五差分變壓器產生兩組差分信號，最後通過差分式波峰檢測器還原數位信號。
進一步地，所述第四差分變壓器的初級線圈的一端與所述接收裝置的接收端連接，所述第四差分變壓器的初級線圈的另一端接地；所述第四差分變壓器的次級線圈的一端與所述低雜訊放大器的正極信號輸入端連接，所述第四差分變壓器的次級線圈的另一端與所述低雜訊放大器的負極信號輸入端連接；
所述低雜訊放大器的正極信號輸出端與所述第五差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述低雜訊放大器的負極信號輸出端與所述第五差分變壓器的初級線圈的另一端連接；
所述第五差分變壓器的第一次級線圈的一端與所述差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端連接，所述第五差分變壓器的第一次級線圈的另一端與所述差分式波峰檢測器的第一負極信號輸入端連接；所述第五差分變壓器的第二次級線圈的一端與所述差分式波峰檢測器的第二正極信號輸入端連接，所述第五差分變壓器的第二次級線圈的另一端與所述差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端連接。
進一步地，所述差分式波峰檢測器包括第一二極體、第二二極體、第三非線性元件和第四非線性元件；
所述第一二極體的一端與所述差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端連接，所述第一二極體的另一端接地；所述第二二極體的一端與所述差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端連接，所述第二二極體的另一端接地；
所述第三非線性元件的柵極與所述差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端連接，所述第三非線性元件的源極與所述差分式波峰檢測器的第一負極信號輸入端連接，所述第三非線性元件的漏極與所述差分式波峰檢測器的信號輸出端連接；所述第四非線性元件的柵極與所述差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端連接，所述第四非線性元件的源極與所述差分式波峰檢測器的第二正極信號輸入端連接，所述第四非線性元件的漏極與所述差分式波峰檢測器的信號輸出端連接。
由上述描述可知，通過第三非線性元件和第一二極體將正振幅解調，通過第四非線性元件和第二二極體將負振幅解調，最後在信號輸出端疊加信號輸出，可充分利用正振幅與負振幅解調。
本發明還提出了一種電子設備，包括如上所述的差分式毫米波通訊架構。
實施例一
請參照圖2-9，本發明的實施例一為：一種差分式通訊架構，可應用於行動終端、WiFi設備或藍牙設備，實現短距離與高資料量的無線通訊，該通訊架構包括無線通訊連接的發射裝置和接收裝置。
如圖2所示，發射裝置（TX Chain）100包括依次連接的振盪器（Oscillator）101、頻率乘法器（Frequency multiplier）102、第一差分變壓器（TF_1）103、至少一個的驅動放大電路和功率放大電路；其中，驅動放大電路包括依次連接的驅動放大器104和第二差分變壓器105；功率放大電路包括依次連接的功率放大器（Power amplifier stage）106和第三差分變壓器（TF_N）107。本實施例中，以包括兩個驅動放大電路為例進行說明，其中，AMP_1和TF_2為第一個驅動放大電路，AMP_2和TF_3為第二個驅動放大電路。在優選的實施例中，驅動放大電路的數量為四個。在其他實施例中，驅動放大電路的數量也可以為其他數位。
具體地，振盪器101的正極信號輸出端與頻率乘法器102的正極信號輸入端In+連接，振盪器101的負極信號輸出端與頻率乘法器102的負極信號輸入端In-連接；頻率乘法器102的正極信號輸出端Out+與第一差分變壓器103的初級線圈的一端連接，頻率乘法器102的負極信號輸出端Out-與第一差分變壓器103的初級線圈的另一端連接；第一差分變壓器103的次級線圈的一端與第一個驅動放大電路中的驅動放大器（AMP_1）104的正極信號輸入端In+連接，第一差分變壓器103的次級線圈的另一端與第一個驅動放大電路中的驅動放大器104的負極信號輸入端In-連接。
對於除最後一個驅動放大電路外的其他驅動放大電路，驅動放大器104的正極信號輸出端Out+與第二差分變壓器105的初級線圈的一端連接，驅動放大器104的負極信號輸出端Out-與第二差分變壓器105的初級線圈的另一端連接；第二差分變壓器105的次級線圈的一端與下一個驅動放大電路中的驅動放大器104的正極信號輸入端In+連接，第二差分變壓器105的次級線圈的另一端與下一個驅動放大電路中的驅動放大器104的負極信號輸入端In-連接。
最後一個驅動放大電路中的第二差分變壓器105的次級線圈的一端與功率放大器106的正極信號輸入端In+連接，最後一個驅動放大電路中的第二差分變壓器105的次級線圈的另一端與功率放大器106的負極信號輸入端In-連接；功率放大器106的正極信號輸出端Out+與第三差分變壓器107的初級線圈的一端連接，功率放大器106的負極信號輸出端Out-與第三差分變壓器107的初級線圈的另一端連接；功率放大器106還與開關鍵控信號輸入端Digital input連接。
第三差分變壓器107的次級線圈的一端與發射裝置100的發射端TX_out連接，第三差分變壓器107的次級線圈的另一端接地。
進一步地，如圖3所示，頻率乘法器包括第一非線性元件M1、第二非線性元件M2和帶阻濾波器BSF；第一非線性元件M1的柵極（gate）與頻率乘法器的正極信號輸入端In+連接，漏極（drain）分別與正極信號輸出端Out+和帶阻濾波器BSF的一端連接，源極（source）接地；第二非線性元件M2的柵極與頻率乘法器的負極信號輸入端In-連接，漏極分別與頻率乘法器的負極信號輸出端Out-和帶阻濾波器BSF的另一端連接，源極接地。
本實施例中，第一非線性元件M1和第二非線性元件M2為場效應管MOS、雙極結型電晶體BJT、異質結雙極電晶體HBT或場效應電晶體FET。
在發射裝置中，振盪器用於生成基頻信號，頻率乘法器用於將基頻信號倍頻M倍頻到毫米波頻段。第一差分變壓器的初級線圈的長度為其次級線圈的長度的M倍；第一差分變壓器的初級線圈匹配基頻信號的頻率，次級線圈匹配M倍的基頻信號的頻率。本實施例中，振盪器產生的基頻信號的頻率為20GHz，M=3，即倍頻到60GHz。第一差分變壓器的初級線圈實現20GHz的阻抗匹配，次級線圈實現60GHz的阻抗匹配。
具體地，頻率乘法器的正極信號輸入端In+和負極信號輸入端In-接收振盪器產生的基頻信號後，通過第一非線性元件M1和第二非線性元件M2產生奇次諧波（與基頻信號反相位）和偶次諧波（與基頻信號同相位）。
由於變壓器為差分式（反向相加），且偶次諧波與基頻信號同相位，因此，偶次諧波會被會被第一差分變壓器TF_1抵消。同時，帶阻濾波器的阻帶範圍設計在基頻信號頻率的預設奇數倍，因此，帶阻濾波器會過濾掉預設奇數倍頻率的奇次諧波，剩下的奇次諧波可以輸出到放大電路進行倍頻。由於放大器不會放大頻率過大的信號，因此，只會對頻率為基頻信號頻率的特定奇數倍的奇次諧波進行放大。
本實施例中，帶阻濾波器的阻帶範圍設計在頻率最小的奇次諧波的頻率，即基頻信號頻率的1倍，也即振盪器產生的基頻信號的頻率，因此，帶阻濾波器會過濾掉頻率為基頻信號頻率的1倍的奇次諧波，頻率為基頻信號頻率的其他奇數倍的奇次諧波會輸出到放大電路進行放大。並且，本實施例中，放大器只對頻率為基頻信號頻率的3倍的奇次諧波進行放大。
進一步地，如圖4所示，功率放大器包括第一有源器件M3、第二有源器件M4和信號開關，信號開關與虛接地節點連接。本實施例中，信號開關為（數位信號）開關管（SWT）M5；第一有源器件M3的柵極與功率放大器的正極信號輸入端In+連接，漏極與功率放大器的正極信號輸出端Out+連接；第二有源器件M4的柵極與功率放大器的負極信號輸入端In-連接，漏極與功率放大器的負極信號輸出端Out-連接；開關管M5的漏極分別與第一有源器件M3的源極和第二有源器件M4的源極連接，柵極與開關鍵控信號輸入端Digital input連接，源極接地；同時，開關管M5的漏極等效虛接地（Virtual GND）。在信號開關M5切換時，虛接地不會給電路造成影響。
本實施例中，第一有源器件M3和第二有源器件M4用於放大信號，將毫米波信號放大至預設的指標。本實施例中，第一有源器件M3和第二有源器件M4可為場效應管MOS、雙極結型電晶體BJT、異質結雙極電晶體HBT或場效應電晶體FET。
功率放大器各埠對應的信號波形以及發射端的對應的信號波形如圖5所示，可以看出，功率放大器的輸出端Out+與Out-將其輸入端In+與In-輸入的信號和開關鍵控信號輸入端輸入的信號混合後，利用第三差分變壓器TF_N差分合成OOK信號於發射端TX_out。最後在發射端TX_out通過天線將信號傳輸出去。
第三差分變壓器的作用與第一差分變壓器和第二差分變壓器的作用相同，都是實現阻抗匹配。
如圖6所示，接收裝置（RX Chain）200包括依次連接的第四差分變壓器201、低雜訊放大器202、第五差分變壓器203和差分式波峰檢測器204。其中，第五差分變壓器203包括一個初級線圈和兩個次級線圈，可根據輸入信號，產生兩組差分信號。
具體地，第四差分變壓器（RX_TF_1）201的初級線圈的一端與接收裝置200的接收端連接，第四差分變壓器201的初級線圈的另一端接地；第四差分變壓器201的次級線圈的一端與低雜訊放大器（VGLNA）202的正極信號輸入端In+連接，第四差分變壓器201的次級線圈的另一端與低雜訊放大器202的負極信號輸入端In-連接；低雜訊放大器202的正極信號輸出端Out+與第五差分變壓器（RX_Dual_TF）203的初級線圈的一端連接，低雜訊放大器202的負極信號輸出端Out-與第五差分變壓器203的初級線圈的另一端連接；第五差分變壓器203的第一次級線圈的一端與差分式波峰檢測器（Envelope detector）204的第一正極信號輸入端ENV_in1+連接，另一端與差分式波峰檢測器204的第一負極信號輸入端ENV_in1-連接；第五差分變壓器203的第二次級線圈的一端與差分式波峰檢測器204的第二正極信號輸入端ENV_in2+連接，另一端與差分式波峰檢測器204的第二負極信號輸入端ENV_in2-連接。
在接收裝置中，接收端通過天線接收到信號後，先通過第四差分變壓器（RX_TF_1）抑制雜訊，再通過低雜訊放大器（VGLNA）放大信號，然後通過第五差分變壓器（RX_Dual_TF）產生兩組差分信號ENV_in1+與ENV_in1-以及ENV_in2-與ENV_in2+，最後通過差分式波峰檢測器（Envelope detector）對信號進行解調，還原數位信號。
進一步地，如圖7所示，差分式波峰檢測器包括第一二極體D1、第二二極體D2、第三非線性元件M6和第四非線性元件M7；第一二極體D1的一端與差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端ENV_in1+連接，另一端接地；第三非線性元件M6的柵極與差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端ENV_in1+連接，源極與差分式波峰檢測器的第一負極信號輸入端ENV_in1-連接，漏極與差分式波峰檢測器的信號輸出端ENV_out連接；第二二極體D2的一端與差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端ENV_in2-連接，另一端接地；第四非線性元件M7的柵極與差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端ENV_in2-連接，源極與差分式波峰檢測器的第二正極信號輸入端ENV_in2+連接，漏極與差分式波峰檢測器的信號輸出端ENV_out連接。
本實施例中，第三非線性元件M6和第四非線性元件M7用於整合信號，將差分信號進行反相相加，繼而提高信號幅度，從而更易於第一二極體D1和第二二極體D2峰值檢測。本實施例中，第三非線性元件M6和第四非線性元件M7可為場效應管MOS、雙極結型電晶體BJT、異質結雙極電晶體HBT或場效應電晶體FET。
差分式波峰檢測器各埠對應的信號波形如圖8所示，在差分式波峰檢測器中，第三非線性元件M6和第一二極體D1將（ENV_in1+）-（ENV_in1-）正振幅解調，第四非線性元件M7和第二二極體D2將（ENV_in2-）-（ENV_in2+）負振幅解調，最後在信號輸出端ENV_out疊加信號輸出。差分式波峰檢測器可充分利用正振幅與負振幅解調，不會浪費一半的能量。
本實施例的模擬結果如圖9所示，模擬包含實體發射裝置TX Chain信號通道與接收裝置RX Chain，從圖中可以看出，可成功解調變OOK信號於RX輸出端。
本實施例由一個本地震盪源產生輸出信號源，輸出信號驅動一組頻率乘法器將信號的頻率倍頻到毫米波段，數位信號（開關鍵控信號）直接驅動功率放大器的開關，達到調變的效果。由於採用OOK（on-off key）調變技術，不需符合商用規範，因此無需協定層基頻電路（MAC層和PHY層），並且，由於OOK調變技術只需實現ON/OFF即可，對頻率精度要求不高（本實施例的頻率只需在60GHz即可，無需像WiFi需要2.4152GHz如此精確的頻率來使用規範頻率通道），因此不需要鎖相環鎖頻，即無需PLL鎖相環，同時，由於毫米波頻段本身處於高頻頻段，很難與其他系統產生干擾，因此也無需額外的濾波器來過濾干擾。
由於整體電路採用差分式電路設計，功率放大器的信號開關在差分電路的虛接地（Virtual GND），使得信號開關切換所造成的共模雜訊（common mode noise）可以抵消在差分電路中，即開關管造成的雜訊與非理想效應都因為虛接地抑制，不會造成電路特性損失。頻率乘法器利用差分電路抵消所有的偶次諧波，抽取出更高階頻率的諧波，並利用第一差分變壓器TF_1實現高頻阻抗轉換。在低雜訊放大器中，可以抵消共模雜訊。差分式波峰檢測器可以檢測出信號1的正與負的振幅（Amplitude），並在輸出中疊加信號，避免信號振幅損失，以達到最高效率。
本實施例利用毫米波天生具有高頻寬優勢，同時採用OOK（on-off key）調變技術來實現短距離通道通訊，因此整體毫米波前端電路可大量簡化，相比圖1的現有電路，無需鎖相環PLL與混頻器，甚至無需數模轉換電路，並且也不需要額外的濾波器，可達到低功耗與小面積的特點。
綜上所述，本發明提供的一種差分式毫米波通訊架構及電子設備，通過振盪器輸出基頻信號，然後通過頻率乘法器將基頻信號倍頻至毫米波頻段，可降低振盪器的設計難度，且有利於實現短距離與高資料量的無線通訊；通過第一差分變壓器抵消頻率乘法器倍頻產生的偶次諧波，並實現高頻阻抗轉換，通過開關鍵控信號控制功率放大器的信號開關，以達到調變的效果。通過採用差分式電路設計，功率放大器的信號開關在差分電路的虛接地，使得信號開關切換所造成的共模雜訊可以抵消在差分電路中，從而避免雜訊干擾前端電路特性。本發明可大量簡化整體毫米波前端電路，以達到低功耗與小面積的特點，且可避免雜訊干擾前端電路特性。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
100:發射裝置 200:接收裝置 101:振盪器 102:頻率乘法器 103:第一差分變壓器 104:驅動放大器 105:第二差分變壓器 106:功率放大器 107:第三差分變壓器 201:第四差分變壓器 202:低雜訊放大器 203:第五差分變壓器 204:差分式波峰檢測器
圖1為現有技術中超外差式調幅接收電路示意圖； 圖2為本發明實施例一的發射裝置的結構示意圖； 圖3為本發明實施例一的頻率乘法器的結構示意圖； 圖4為本發明實施例一的功率放大器的結構示意圖； 圖5為本發明實施例一的功率放大器的各埠對應的信號波形示意圖； 圖6為本發明實施例一的接收裝置的結構示意圖； 圖7為本發明實施例一的差分式波峰檢測器的結構示意圖； 圖8為本發明實施例一的差分式波峰檢測器各埠對應的信號波形示意圖； 圖9為本發明實施例一的模擬結果示意圖。

Claims (10)

  1. 一種差分式毫米波通訊架構，其特徵在於，包括發射裝置，所述發射裝置包括依次連接的振盪器、頻率乘法器、第一差分變壓器、至少一個的驅動放大電路和功率放大電路；所述驅動放大電路包括依次連接的驅動放大器和第二差分變壓器，所述功率放大電路包括依次連接的功率放大器和第三差分變壓器，所述功率放大器包括信號開關，所述信號開關與開關鍵控信號輸入端連接；其中所述振盪器的正極信號輸出端與所述頻率乘法器的正極信號輸入端連接，所述振盪器的負極信號輸出端與所述頻率乘法器的負極信號輸入端連接；所述頻率乘法器的正極信號輸出端與所述第一差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述頻率乘法器的負極信號輸出端與所述第一差分變壓器的初級線圈的另一端連接；所述第一差分變壓器的次級線圈的一端與第一個驅動放大電路中的驅動放大器的正極信號輸入端連接，所述第一差分變壓器的次級線圈的另一端與第一個驅動放大電路中的驅動放大器的負極信號輸入端連接；所述驅動放大器的正極信號輸出端與第二差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述驅動放大器的負極信號輸出端與所述第二差分變壓器的初級線圈的另一端連接；所述第二差分變壓器的次級線圈的一端與下一個驅動放大電路中的驅動放大器的正極信號輸入端連接，所述第二差分變壓器的次級線圈的另一端與下一個驅動放大電路中的驅動放大器的負極信號輸入端連接；所述功率放大器的正極信號輸出端與所述第三差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述功率放大器的負極信號輸出端與所述第三差分變壓器的 初級線圈的另一端連接；所述第三差分變壓器的次級線圈的一端與所述發射裝置的發射端連接，所述第三差分變壓器的次級線圈的另一端接地。
  2. 如請求項1所述的差分式毫米波通訊架構，其中所述信號開關與虛接地節點連接。
  3. 如請求項1或2所述的差分式毫米波通訊架構，其中最後一個驅動放大電路中的第二差分變壓器的次級線圈的一端與所述功率放大器的正極信號輸入端連接，最後一個驅動放大電路中的第二差分變壓器的次級線圈的另一端與所述功率放大器的負極信號輸入端連接。
  4. 如請求項3所述的差分式毫米波通訊架構，其中所述頻率乘法器包括第一非線性元件、第二非線性元件和帶阻濾波器；所述第一非線性元件的柵極與所述頻率乘法器的正極信號輸入端連接，所述第一非線性元件的漏極分別與正極信號輸出端和所述帶阻濾波器的一端連接，所述第一非線性元件的源極接地；所述第二非線性元件的柵極與所述頻率乘法器的負極信號輸入端連接，所述第二非線性元件的漏極分別與所述頻率乘法器的負極信號輸出端和帶阻濾波器的另一端連接，所述第二非線性元件的源極接地。
  5. 如請求項4所述的差分式毫米波通訊架構，其中所述第一非線性元件和第二非線性元件為場效應管、雙極結型電晶體、異質結雙極電晶體或場效應電晶體。
  6. 如請求項3所述的差分式毫米波通訊架構，其中所述功率放大器包括第一有源器件、第二有源器件和信號開關，所述信號開關為開關管；所述第一有源器件的柵極與所述功率放大器的正極信號輸入端連接，所述第一有源器件的漏極與所述功率放大器的正極信號輸出端連接；所述 第二有源器件的柵極與所述功率放大器的負極信號輸入端連接，所述第二有源器件的漏極與所述功率放大器的負極信號輸出端連接；所述第一有源器件的源極和第二有源器件的源極分別與所述開關管的漏極連接；所述開關管的柵極與開關鍵控信號輸入端連接，源極接地；所述開關管的源極與虛接地節點連接。
  7. 如請求項1或2所述的差分式毫米波通訊架構，其中還包括接收裝置，所述接收裝置包括依次連接的第四差分變壓器、低雜訊放大器、第五差分變壓器和差分式波峰檢測器；所述第五差分變壓器包括一個初級線圈和兩個次級線圈。
  8. 如請求項7所述的差分式毫米波通訊架構，其中所述第四差分變壓器的初級線圈的一端與所述接收裝置的接收端連接，所述第四差分變壓器的初級線圈的另一端接地；所述第四差分變壓器的次級線圈的一端與所述低雜訊放大器的正極信號輸入端連接，所述第四差分變壓器的次級線圈的另一端與所述低雜訊放大器的負極信號輸入端連接；所述低雜訊放大器的正極信號輸出端與所述第五差分變壓器的初級線圈的一端連接，所述低雜訊放大器的負極信號輸出端與所述第五差分變壓器的初級線圈的另一端連接；所述第五差分變壓器的第一次級線圈的一端與所述差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端連接，所述第五差分變壓器的第一次級線圈的另一端與所述差分式波峰檢測器的第一負極信號輸入端連接；所述第五差分變壓器的第二次級線圈的一端與所述差分式波峰檢測器的第二正極信號輸入端連接，所述第五差分變壓器的第二次級線圈的另一端與所述差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端連接。
  9. 如請求項8所述的差分式毫米波通訊架構，其中所述差分式波峰檢測器包括第一二極體、第二二極體、第三非線性元件和第四非線性元件；所述第一二極體的一端與所述差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端連接，所述第一二極體的另一端接地；所述第二二極體的一端與所述差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端連接，所述第二二極體的另一端接地；所述第三非線性元件的柵極與所述差分式波峰檢測器的第一正極信號輸入端連接，所述第三非線性元件的源極與所述差分式波峰檢測器的第一負極信號輸入端連接，所述第三非線性元件的漏極與所述差分式波峰檢測器的信號輸出端連接；所述第四非線性元件的柵極與所述差分式波峰檢測器的第二負極信號輸入端連接，所述第四非線性元件的源極與所述差分式波峰檢測器的第二正極信號輸入端連接，所述第四非線性元件的漏極與所述差分式波峰檢測器的信號輸出端連接。
  10. 一種電子設備，其特徵在於，包括如請求項1至9中任一項所述的差分式毫米波通訊架構。
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