一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器

本发明属于射频集成电路设计，尤其涉及一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，属于频率路径可切换匹配电路设计的。

背景技术：

1、随着毫米波移动通信技术的快速发展，全球许多国家和地区部署了多个不同的通信频段。具有良好带外抑制性能的多频段相控阵收发机，能够实现灵活的全球覆盖及远距离无线通信，满足通信链路系统需求。在多频段相控阵发射机系统中，带外干扰信号尤其是镜像信号不仅会干扰另一频段通信，还会对接收机性能造成严重影响。由此可见，具有良好带外干扰抑制的频率可配置电路是多频段发射机工作时不可或缺的电路模块。传统的射频前端频率可配置方法，主要是在匹配网络后级联干扰抑制滤波器与单刀双掷开关，实现阻抗匹配的同时抑制干扰信号，完成频率切换。但这种方法通常会占用较大的芯片面积，同时干扰抑制滤波器通常会带来较大的插入损耗，意味着需要额外的放大器来补偿损耗以满足系统链路性能需求。因此，本发明提出的一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，在实现干扰信号抑制和宽带阻抗匹配的同时，无需额外的干扰抑制滤波器，相比于传统方法具备插入损耗更低和面积更紧凑的优势。低损耗、面积紧凑、兼具宽带阻抗匹配和干扰抑制功能，是当前频率可配置电路的设计挑战。根据文献检索，目前很多频率可配置电路尚不能满足上述要求。

技术实现思路

1、技术问题：本发明目的在于提供一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器。包括低频路径和高频路径两个输入，通过并联低频路径和高频路径变压器使得电路在干扰频段呈现陷波特性，进而同时实现阻抗匹配和干扰抑制，有效降低了发射机带外干扰信号的功率，满足多频段通信的应用需求。

2、技术方案：本发明的一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器包括低频路径和高频路径，低频路径输入端、低频路径输入开关、低频路径输入并联电容、低频路径变压器初级线圈依次并联连接，低频路径变压器次级线圈两端和输出并联电容两端的连接点分别为第一节点和第二节点；高频路径输入端、高频路径输入开关、高频路径输入并联电容、高频路径变压器初级线圈依次并联连接，高频路径变压器次级线圈两端和输出并联电容两端的连接点分别为第一节点和第二节点；输出并联电容和输出端并联连接。

3、所述的低频路径变压器与高频路径变压器的耦合系数不同，二者相互独立，低频路径变压器初次级线圈耦合系数为klf，高频路径变压器初次级线圈耦合系数为khf。

4、所述的低频路径变压器和高频路径变压器，电路结构一样，实现各自路径单独工作时宽带阻抗匹配功能。

5、所述的低频路径输入开关和高频路径输入开关，二者内部电路结构一样，实现频率路径切换功能。

6、所述低频路径输入开关，由第一开关晶体管和第二开关晶体管构成；所述高频路径输入开关，由第三开关晶体管和第四开关晶体管构成。

7、所述的第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管均为n型晶体管。

8、所述第一开关晶体管、第二开关晶体管栅极均接第一数字控制信号，第三开关晶体管、第四开关晶体管栅极均接第二数字控制信号。

9、所述第一数字控制信号、第二数字控制信号用于改变开关晶体管的通断状态，从而实现低频路径或高频路径的单一路径信号输入。

10、所述低频路径，当射频信号输入时，高频路径匹配网络等效为一个并联阻抗，参与低频路径的阻抗匹配，实现低频路径的宽带阻抗匹配；该并联阻抗在高频处呈现陷波特性，实现对低频路径上的高频干扰信号的抑制。

11、所述高频路径，当射频信号输入时，低频路径匹配网络等效为一个并联阻抗，参与高频路径的阻抗匹配，实现高频路径的宽带阻抗匹配；该并联阻抗在低频处呈现陷波特性，实现对高频路径上的低频干扰信号的抑制。

12、在交换输入输出端口时，通过重新调整参数和开关位置，同样能在实现宽带阻抗匹配及干扰抑制的同时，完成频率路径切换功能。

13、所述的片上变压器线圈为平面电感器或圆柱形电感器。

14、有益效果：本发明目的在于提供一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器。其借助于片上变压器网络，在信号频段实现宽带阻抗匹配，在干扰频段呈现陷波特性，实现干扰信号的抑制。同时通过开关，实现频率路径可切换功能。相比于传统方案插入损耗更低，面积更紧凑。

技术特征：

1.一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，包括低频路径和高频路径，低频路径输入端(lf_in)、低频路径输入开关(s1)、低频路径输入并联电容(c1)、低频路径变压器初级线圈(l1,lf)依次并联连接，低频路径变压器次级线圈(l2,lf)两端和输出并联电容(c3)两端的连接点分别为第一节点(a)和第二节点(b)；高频路径输入端(hf_in)、高频路径输入开关(s2)、高频路径输入并联电容(c2)、高频路径变压器初级线圈(l1,hf)依次并联连接，高频路径变压器次级线圈(l2,lf)两端和输出并联电容(c3)两端的连接点分别为第一节点(a)和第二节点(b)；输出并联电容(c3)和输出端(out)并联连接。

2.根据权利要求1所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述的低频路径变压器与高频路径变压器的耦合系数不同，二者相互独立，低频路径变压器初次级线圈耦合系数为klf，高频路径变压器初次级线圈耦合系数为khf。

3.根据权利要求1或2所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述的低频路径变压器和高频路径变压器，电路结构一样，实现各自路径单独工作时宽带阻抗匹配功能。

4.根据权利要求1所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述的低频路径输入开关(s1)和高频路径输入开关(s2)，二者内部电路结构一样，实现频率路径切换功能。

5.根据权利要求4所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述低频路径输入开关(s1)，由第一开关晶体管(m1)和第二开关晶体管(m2)构成；所述高频路径输入开关(s2)，由第三开关晶体管(m3)和第四开关晶体管(m4)构成。

6.根据权利要求5所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述的第一开关晶体管(m1)、第二开关晶体管(m2)、第三开关晶体管(m3)、第四开关晶体管(m4)均为n型晶体管。

7.根据权利要求6所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述第一开关晶体管(m1)、第二开关晶体管(m2)栅极均接第一数字控制信号(b1)，第三开关晶体管(m3)、第四开关晶体管(m4)栅极均接第二数字控制信号(b2)。

8.根据权利要求7所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述第一数字控制信号(b1)、第二数字控制信号(b2)用于改变开关晶体管的通断状态，从而实现低频路径或高频路径的单一路径信号输入。

9.根据权利要求1所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述低频路径，当射频信号输入时，高频路径匹配网络等效为一个并联阻抗，参与低频路径的阻抗匹配，实现低频路径的宽带阻抗匹配；该并联阻抗在高频处呈现陷波特性，实现对低频路径上的高频干扰信号的抑制。

10.根据权利要求1所述的基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，其特征在于，所述高频路径，当射频信号输入时，低频路径匹配网络等效为一个并联阻抗，参与高频路径的阻抗匹配，实现高频路径的宽带阻抗匹配；该并联阻抗在低频处呈现陷波特性，实现对高频路径上的低频干扰信号的抑制。

技术总结本发明公开了一种基于片上变压器的频率路径可切换匹配器，由低频路径输入端、低频路径输入开关、低频路径输入并联电容、低频路径变压器初级线圈依次并联连接，低频路径变压器次级线圈两端与输出并联电容两端连接；高频路径输入端、高频路径输入开关、高频路径输入并联电容、高频路径变压器初级线圈依次并联连接，高频路径变压器次级线圈两端与输出并联电容两端连接；输出并联电容两端和输出端并联连接；本发明实现低频或高频路径射频信号输入时该路径宽带阻抗匹配，并利用网络呈现出的对另一路径干扰信号的陷波特性，实现对干扰信号的抑制，提升多频段射频收发机信噪比及系统频率可配置性。技术研发人员：杨宣宣,陈秦,梁宇辰,李连鸣受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2