一种宽带高平衡单端转差分阻抗变换器的制作方法

本发明涉及阻抗变换领域，具体涉及一种宽带高平衡单端转差分阻抗变换器。

背景技术：

1、随着现代无线通信技术的飞速发展，各种终端设备、网络设备对射频微波模块和射频元器件提出了更高的要求。然而，随着电路工作频率的变高，电路的两路输出信号的幅度不平衡和相位不平衡会逐渐变差，分别如图6与图7所示。不平衡的电路会带来很多问题，比如较差的电磁兼容特性，抗干扰能力差等问题。

2、目前一般采用单端转差分阻抗变换解决电路中的不平衡问题，常见的单端转差分阻抗变换主要有两种：一种是采用运算放大器的形式；第二种则是采用巴伦的形式。两种形式都可以实现单端到差分的阻抗变换。如cn115173833a公开的一种高平衡度有源巴伦电路，其包括射频信号输入端口、信号输入匹配级、单端转差分电路、输出负载级，其中，信号输入匹配级包括第一晶体管、第二晶体管、输入电阻、输入电感，单端转差分电路包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、电容。

3、该电路中引入了相位调整电感，通过电感的频相特性，补偿差分输出的相位不平衡性。但该有源巴伦电路的对称性差，同时也没有镜像电流源提供偏置电流和偏置电压，因此该电路无法实现较高的输出幅相平衡性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种宽带高平衡单端转差分阻抗变换器，实现了极高的输出幅相平衡性。

2、本发明采取如下技术方案实现上述目的，本发明提供一种宽带高平衡单端转差分阻抗变换器，主要由差分放大器有源巴伦、镜像电流源、第一输出电压缓冲结构以及第二输出电压缓冲结构组成，所述差分放大器有源巴伦包括第一晶体管q1、第二晶体管q2、第三晶体管q3、第四晶体管q4、第十一晶体管q11、第十二晶体管q12、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电感l1和第二电感l2，第一晶体管q1的发射极与镜像电流源连接，第一晶体管q1的基极接收输入信号，第一晶体管q1的集电极通过第一电阻r1与第一晶体管q1的基极连接，第一晶体管q1的集电极还通过第一电感l1以及第二电阻r2与第三晶体管q3的集电极连接，第三晶体管q3的基极与第一晶体管q1的发射极连接，第三晶体管q3的发射极与镜像电流源连接，第一晶体管q1的集电极还通过第二电感l2以及第三电阻r3与第四晶体管q4的集电极连接，第四晶体管q4的发射极分别与第三晶体管q3的发射极以及镜像电流源连接，第一晶体管q1的集电极还与第二晶体管q2的集电极连接，第二晶体管q2的集电极通过第四电阻r4与第二晶体管q2的基极连接，第二晶体管q2的发射极分别与第四晶体管q4的基极以及镜像电流源连接，第一晶体管q1的集电极还与第十一晶体管q11的集电极连接，第十一晶体管q11的基极与第三晶体管q3的集电极连接，第十一晶体管q11的发射极分别与镜像电流源以及第一输出电压缓冲结构连接，第一晶体管q1的集电极还与第十二晶体管q12的集电极连接，第十二晶体管q12的基极与第四晶体管q4的集电极连接，第十二晶体管q12的发射极分别与镜像电流源以及第二输出电压缓冲结构连接。

3、进一步的是，所述镜像电流源包括第五晶体管q5、第六晶体管q6、第七晶体管q7、第八晶体管q8、第九晶体管q9、第十晶体管q10、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第一电流源dc1、第二电压源dc2，第五晶体管q5的集电极与第一电流源dc1连接，第五晶体管q5的发射极通过第五电阻r5与第二电压源dc2连接，第五晶体管q5的基极与第五晶体管q5的集电极连接，第五晶体管q5的基极还与第六晶体管q6的基极连接，第六晶体管q6的集电极与第一晶体管q1的发射极连接，第六晶体管q6的发射极通过第六电阻r6与第二电压源dc2连接，第六晶体管q6的基极还与第七晶体管q7的基极连接，第七晶体管q7的集电极与第三晶体管q3的发射极连接，第七晶体管q7的发射极通过第七电阻r7与第二电压源dc2连接，第六晶体管q6的基极还与第八晶体管q8的基极连接，第八晶体管q8的集电极与第二晶体管q2的发射极连接，第八晶体管q8的发射极通过第八电阻r8与第二电压源dc2连接，第六晶体管q6的基极还与第九晶体管q9的基极连接，第九晶体管q9的集电极与第十一晶体管q11的发射极连接，第九晶体管q9的发射极通过第九电阻r9与第二电压源dc2连接，第六晶体管q6的基极还与第十晶体管q10的基极连接，第十晶体管q10的集电极与第十二晶体管q12的发射极连接，第十晶体管q10的发射极通过第十电阻r10与第二电压源dc2连接。

4、进一步的是，所述第一输出电压缓冲结构具体包括第一二极管d1、第十一电阻r11以及第三电压源dc3，第一二极管d1的阴极与第十一晶体管q11的发射极连接，第一二极管d1的阳极通过第十一电阻r11与第三电压源dc3连接，第一二极管d1的阳极作为第一输出端。

5、所述第二输出电压缓冲结构具体包括第二二极管d2、第十二电阻r12以及第四电压源dc4，第二二极管d2的阴极与第十二晶体管q12的发射极连接，第二二极管d2的阳极通过第十二电阻r12与第四电压源dc4连接，第二二极管d2的阳极作为第二输出端。

6、本发明的有益效果为：

7、本发明基于宽带匹配设计与全对称电路结构实现了单端转差分阻抗变换器的超宽带工作，其可在低频至dc，高频至20ghz超宽带频率范围内具有一定的增益和极高的幅度、相位平衡性，同时实现单端50欧姆到差分100欧姆的阻抗变换。相较于传统非对称单端转差分结构，其在超宽频带范围内具有更优异的平衡性能。相较于具有隔直电容的交流耦合结构，其采用直接耦合结构可以实现超低频带工作，即从dc至20ghz频带范围内的超宽带性能。

8、本发明相较于传统的差分转单端跨导运算放大器结构，本发明技术方案具有更加对称的差分电路结构来实现单端转差分功能。通过镜像电流源结构能够为完全对称的差分电路提供完全相同的静态工作点，且所有静态电位均为自偏置，实现内部直流耦合。更加对称的差分电路结构能够实现更好的幅度和相位平衡性。

9、本发明利用输出电压缓冲结构，可以实现输入、输出电压均为0v，在直流耦合的情况下不存在对外电位，便于在系统中与前后级电路连接使用。其中两路输出电压缓冲结构中的电阻可以调节输出阻抗到50欧姆，便于输出匹配。

10、本发明不仅便于片内集成，还能在信号转换的同时为系统提供一定的增益、线性度和更好的反向隔离。

技术特征：

1.一种宽带高平衡单端转差分阻抗变换器，其特征在于，主要由差分放大器有源巴伦、镜像电流源、第一输出电压缓冲结构以及第二输出电压缓冲结构组成，所述差分放大器有源巴伦包括第一晶体管(q1)、第二晶体管(q2)、第三晶体管(q3)、第四晶体管(q4)、第十一晶体管(q11)、第十二晶体管(q12)、第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r3)、第四电阻(r4)、第一电感(l1)和第二电感(l2)，第一晶体管(q1)的发射极与镜像电流源连接，第一晶体管(q1)的基极接收输入信号，第一晶体管(q1)的集电极通过第一电阻(r1)与第一晶体管(q1)的基极连接，第一晶体管(q1)的集电极还通过第一电感(l1)以及第二电阻(r2)与第三晶体管(q3)的集电极连接，第三晶体管(q3)的基极与第一晶体管(q1)的发射极连接，第三晶体管(q3)的发射极与镜像电流源连接，第一晶体管(q1)的集电极还通过第二电感(l2)以及第三电阻(r3)与第四晶体管(q4)的集电极连接，第四晶体管(q4)的发射极分别与第三晶体管(q3)的发射极以及镜像电流源连接，第一晶体管(q1)的集电极还与第二晶体管(q2)的集电极连接，第二晶体管(q2)的集电极通过第四电阻(r4)与第二晶体管(q2)的基极连接，第二晶体管(q2)的发射极分别与第四晶体管(q4)的基极以及镜像电流源连接，第一晶体管(q1)的集电极还与第十一晶体管(q11)的集电极连接，第十一晶体管(q11)的基极与第三晶体管(q3)的集电极连接，第十一晶体管(q11)的发射极分别与镜像电流源以及第一输出电压缓冲结构连接，第一晶体管(q1)的集电极还与第十二晶体管(q12)的集电极连接，第十二晶体管(q12)的基极与第四晶体管(q4)的集电极连接，第十二晶体管(q12)的发射极分别与镜像电流源以及第二输出电压缓冲结构连接。

2.根据权利要求1所述的宽带高平衡单端转差分阻抗变换器，其特征在于，所述镜像电流源包括第五晶体管(q5)、第六晶体管(q6)、第七晶体管(q7)、第八晶体管(q8)、第九晶体管(q9)、第十晶体管(q10)、第五电阻(r5)、第六电阻(r6)、第七电阻(r7)、第八电阻(r8)、第九电阻(r9)、第十电阻(r10)、第一电流源(dc1)、第二电压源(dc2)，第五晶体管(q5)的集电极与第一电流源(dc1)连接，第五晶体管(q5)的发射极通过第五电阻(r5)与第二电压源(dc2)连接，第五晶体管(q5)的基极与第五晶体管(q5)的集电极连接，第五晶体管(q5)的基极还与第六晶体管(q6)的基极连接，第六晶体管(q6)的集电极与第一晶体管(q1)的发射极连接，第六晶体管(q6)的发射极通过第六电阻(r6)与第二电压源(dc2)连接，第六晶体管(q6)的基极还与第七晶体管(q7)的基极连接，第七晶体管(q7)的集电极与第三晶体管(q3)的发射极连接，第七晶体管(q7)的发射极通过第七电阻(r7)与第二电压源(dc2)连接，第六晶体管(q6)的基极还与第八晶体管(q8)的基极连接，第八晶体管(q8)的集电极与第二晶体管(q2)的发射极连接，第八晶体管(q8)的发射极通过第八电阻(r8)与第二电压源(dc2)连接，第六晶体管(q6)的基极还与第九晶体管(q9)的基极连接，第九晶体管(q9)的集电极与第十一晶体管(q11)的发射极连接，第九晶体管(q9)的发射极通过第九电阻(r9)与第二电压源(dc2)连接，第六晶体管(q6)的基极还与第十晶体管(q10)的基极连接，第十晶体管(q10)的集电极与第十二晶体管(q12)的发射极连接，第十晶体管(q10)的发射极通过第十电阻(r10)与第二电压源(dc2)连接。

3.根据权利要求1所述的宽带高平衡单端转差分阻抗变换器，其特征在于，所述第一输出电压缓冲结构具体包括第一二极管(d1)、第十一电阻(r11)以及第三电压源(dc3)，第一二极管(d1)的阴极与第十一晶体管(q11)的发射极连接，第一二极管(d1)的阳极通过第十一电阻(r11)与第三电压源(dc3)连接，第一二极管(d1)的阳极作为第一输出端。

4.根据权利要求1所述的宽带高平衡单端转差分阻抗变换器，其特征在于，所述第二输出电压缓冲结构具体包括第二二极管(d2)、第十二电阻(r12)以及第四电压源(dc4)，第二二极管(d2)的阴极与第十二晶体管(q12)的发射极连接，第二二极管(d2)的阳极通过第十二电阻(r12)与第四电压源(dc4)连接，第二二极管(d2)的阳极作为第二输出端。

技术总结本发明涉及阻抗变换领域，具体涉及一种宽带高平衡单端转差分阻抗变换器，实现了极高的输出幅相平衡性。技术方案主要由差分放大器有源巴伦、镜像电流源以及两个输出电压缓冲结构组成，通过镜像电流源来为电路中的晶体管提供合适的工作偏置电流和偏置负压；输出电压缓冲结构通过二极管分压，来实现输出电位为0V。本发明适用于高平衡单端转差分阻抗变换结构。技术研发人员：周科吉,王志宇,陈生川,张跃,侯建操,王勇,汤啸辰,张弛,王子傲,林航宇受保护的技术使用者：成都玖锦科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25