一种具有高隔离度和高线性度的双平衡混频器芯片的制作方法

1.本发明属于射频集成电路技术领域，涉及一种具有高隔离度和高线性度的双平衡混频器芯片。


背景技术：

2.在通信系统中，混频器是微波收发系统中的核心器件之一，其性能的好坏将直接影响整个系统的性能，它通过有源/无源器件的非线性特性来实现，产生输入频率的和频与差频分量，对输入信号的频率进行搬移。
3.在电子侦察领域，随着高功率发射和干扰设备不断激增，大动态接收机已经成为各军事强国竞相发展的重要军事装备。高线性度混频器是大动态接收前端的关键器件，其线性度指标直接影响接收系统的动态范围。同时，双平衡混频器能够有效地抑制寄生产物，各端口之间也有很好的隔离，是混频器设计的优选结构。射频信号端口和本振端口的隔离度基本上取决于二极管环形堆的平衡程度。射频信号和本振信号分别通过宽带巴伦加到二极管环上，中频信号从射频信号或者本振信号处的巴伦中提取出来，考虑到本振端往往是大信号，若从本振端提取中频信号泄漏较大，故从射频巴伦端取出。但是从射频巴伦端提取中频信号时，会破坏巴伦电路的完整性，随着频率的变化，巴伦的工作特性会变得不理想。所以混频器要具有良好的射频中频隔离度，对降低混频器变频损耗、提高灵敏度具有重要意义。因此，研究一款具有高隔离度和高线性度的双平衡混频器芯片具有重大的应用价值和现实意义。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题，其采用的技术方案为：
5.本发明提供一种具有高隔离度和高线性度的双平衡混频器芯片，包括本振巴伦、射频巴伦、两个本振阻抗匹配网络、两个射频阻抗匹配网络、肖特基二极管混频核、中频滤波网络；其中，所述本振巴伦通过两个所述本振阻抗匹配网络与所述肖特基二极管混频核连接，所述射频巴伦通过两个所述射频阻抗匹配网络与所述肖特基二极管混频核连接，所述射频巴伦与中频滤波网络连接。
6.在本发明提供的实施例中，所述本振巴伦包括电容c1，螺旋微带线w1、w2、w3；其中，螺旋微带线w1一端与本振信号连接，另一端与电容c1连接，所述电容c1的另一端接地；所述螺旋微带线w2一端和电感l1连接，所述螺旋微带线w3一端和电感l2连接，螺旋微带线w2的另一端与螺旋微带线w3的另一端相互连接并接地。
7.在本发明提供的实施例中，所述射频巴伦包括电容c2，螺旋微带线w4、w5、w6；其中，螺旋微带线w6一端与射频信号连接，另一端与电容c2连接，所述电容c2的另一端接地；所述螺旋微带线w4一端和电感l3连接，螺旋微带线w5一端和电感l4连接，螺旋微带线w4的另一端与螺旋微带线w5的另一端相互连接后并与中频滤波网络连接。
8.在本发明提供的实施例中，所述本振阻抗匹配网络包括电感l1、l2，所述射频阻抗
匹配网络包括电感l3、l4；其中，所述电感l1一端和螺旋微带线w2连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d1的负极和二极管d3的正极连接；所述电感l2一端和螺旋微带线w3连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d6的正极和二极管d8的负极连接；所述电感l3和螺旋微带线w4连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d4的负极和二极管d7的正极连接；所述电感l4和螺旋微带线w5连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d2的正极和二极管d5的负极连接。
9.在本发明提供的实施例中，所述螺旋微带线w1和w6均为2/λ线；螺旋微带线w2、w3、w4、w5均为4/λ线。
10.在本发明提供的实施例中，所述肖特基二极管混频核包括二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8；其中，所述二极管d1的负极与电感l1的另一端和二极管d3的正极连接，所述二极管d1的正极与二极管d2的负极连接；所述二极管d2的正极与二极管d5的负极和电感l4的另一端连接；所述二极管d3的负极与二极管d4的正极连接；所述二极管d4的负极与二极管d7的正极和电感l3的另一端连接；所述二极管d5的正极与二极管d6的负极连接；所述二极管d6的正极与二极管d8的负极和电感l2的另一端连；所述二极管d7的负极与二极管d8的正极连接。
11.在本发明提供的实施例中，所述中频滤波网络包括电容c3、c4、c5和电感l5；其中，所述电容c3、c4、电感l5与螺旋微带线w4和螺旋微带线连接，所述电容c4的另一端与电感l5的另一端和电容c5连接至中频信号，所述电容c3的另一端和电容c5的另一端均接地。
12.本发明通过对肖特基二极管混频核和中频滤波网络拓扑结构的改变，优化了混频器的线性度和rf－if隔离度。与传统双平衡混频器电路相比，本发明改变了电路拓扑结构，从而优化了混频器的整体性能，提高了芯片实用性。
13.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为传统的双平衡混频器电路拓扑图；
16.图2为本发明一种具有高隔离度和高线性度的双平衡混频器芯片的结构框图；
17.图3为本发明一种具有高隔离度和高线性度的双平衡混频器芯片的电路拓扑图；
18.图4为本发明与传统双平衡混频器的iip3指标随射频频率变化的实测结果对比图；
19.图5为本发明与传统双平衡混频器中频带宽特性的实测结果对比图；
20.图6为本发明与传统双平衡混频器的射频中频隔离度的实测结果对比图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文
字能够据以实施。
22.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
23.如图1所示，为传统的双平衡混频器电路拓扑图，电路结构包括射频巴伦、本振巴伦、肖特基二极管混频核；其中本振信号通过本振巴伦作用于肖特基二极管混频核，射频信号通过射频巴伦作用于肖特基二极管混频核，中频信号从射频巴伦的中心抽头提取输出；值得注意的是，该结构采用传统的肖特基二极管混频核，线性度优势不明显，无法满足高线性的需求；中频滤波网络一般会采用传统的并联接地电容结构，此结构的滤波网络会造成混频器中频带宽与rf－if隔离度的矛盾，无法两者兼顾。
24.下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述。
25.如图2所示，本发明提供一种具有高隔离度和高线性度的双平衡混频器芯片，包括本振巴伦、射频巴伦、两个本振阻抗匹配网络、两个射频阻抗匹配网络、肖特基二极管混频核、中频滤波网络；其中，所述本振巴伦通过两个所述本振阻抗匹配网络与所述肖特基二极管混频核连接，所述射频巴伦通过两个所述射频阻抗匹配网络与所述肖特基二极管混频核连接，所述射频巴伦与中频滤波网络连接。
26.即，本振信号从本振巴伦输入，将本振信号转化为平衡的输出端口，分别连接两个本振阻抗匹配网络，作用于肖特基二极管混频核；同时，射频信号从射频巴伦输入，将射频信号转化为平衡的输出端口，分别连接两个射频阻抗匹配网络，作用于肖特基二极管混频核；中频信号从射频巴伦的次级中心抽头引出，经过中频滤波网络输出。其中射频巴伦和本振巴伦将非平衡信号转化为差分信号，再通过射频阻抗匹配网络和本振阻抗匹配网络，有效地将信号功率提供给肖特基二极管混频核，中频滤波网络将中频信号提取输出。
27.如图3所示在本发明提供的实施例中，所述本振巴伦包括电容c1，螺旋微带线w1、w2、w3；螺旋微带线w1一端与本振信号连接，另一端与电容c1连接，所述电容c1的另一端接地；所述螺旋微带线w2一端和电感l1连接，所述螺旋微带线w3一端和电感l2连接，螺旋微带线w2的另一端与螺旋微带线w3的另一端相互连接并接地。其中，电容c1用来改善频带宽度，螺旋微带线w1、w2、w3用来将本振信号转化为差分信号。
28.在本发明提供的实施例中，所述射频巴伦包括电容c2，螺旋微带线w4、w5、w6；螺旋微带线w6一端与射频信号连接，另一端与电容c2连接，所述电容c2的另一端接地；所述螺旋微带线w4一端和电感l3连接，螺旋微带线w5一端和电感l4连接，螺旋微带线w4的另一端与螺旋微带线w5的另一端相互连接后并与中频滤波网络连接。其中，电容c2用来改善频带宽度，螺旋微带线w4、w5、w6用来将射频信号转化为差分信号。
29.在本发明提供的实施例中，所述本振阻抗匹配网络包括电感l1、l2，所述射频阻抗匹配网络包括电感l3、l4；其中，所述电感l1一端和螺旋微带线w2连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d1的负极和二极管d3的正极连接；所述电感l2一端和螺旋微带线w3连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d6的正极和二极管d8的负极连接；所述电感l3和螺旋微带线w4连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d4的负极和二极管d7的正极连接；所述电感l4和螺旋微带线w5连接，另一端与肖特基二极管混频核的二极管d2的正极和二极管d5的负极连接。
30.在本发明提供的实施例中，所述螺旋微带线w1和w6均为2/λ线；螺旋微带线w2、w3、
w4、w5均为4/λ线。
31.在本发明提供的实施例中，所述肖特基二极管混频核包括二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8；其中，所述二极管d1的负极与电感l1的另一端和二极管d3的正极连接，所述二极管d1的正极与二极管d2的负极连接；所述二极管d2的正极与二极管d5的负极和电感l4的另一端连接；所述二极管d3的负极与二极管d4的正极连接；所述二极管d4的负极与二极管d7的正极和电感l3的另一端连接；所述二极管d5的正极与二极管d6的负极连接；所述二极管d6的正极与二极管d8的负极和电感l2的另一端连；所述二极管d7的负极与二极管d8的正极连接。
32.在本发明提供的实施例中，所述中频滤波网络包括电容c3、c4、c5和电感l5；其中，所述电容c3、c4、电感l5与螺旋微带线w4和螺旋微带线连接，所述电容c4的另一端与电感l5的另一端和电容c5连接至中频信号，所述电容c3的另一端和电容c5的另一端均接地。
33.在本发明提供的实施例中，当本振信号幅度远大于射频信号幅度时，二极管d1、d2、d5、d6与二极管d3、d4、d7、d8交替导通，而射频巴伦的两个输出端则交替处于开路和导通状态，同时从射频巴伦的输出公共端引出中频信号。
34.本发明采用改进的肖特基二极管混频核，将二极管数量加倍可以有效提高混频器的线性度，如图4所示，本发明混频器的iip3实测结果相比传统混频器的会高3db左右；
35.本发明采用本振、射频阻抗匹配网络与混频核连接，可以补偿改进型混频核带来的阻抗失配；
36.本发明采用改进的中频滤波网络，改善了混频器隔离度与中频带宽之间的矛盾，实现良好的中频带宽特性和高rf－if隔离度的特点。
37.如图5所示，本发明混频器的中频带宽特性实测结果相比传统混频器的更优。
38.如图6所示，本发明混频器的rf－if隔离度实测结果也比传统混频器高。
39.通过三种技术的结合提高了混频器的线性度、射频中频隔离度和中频带宽。需要注意的是，肖特基二极管混频核的每个二极管参数必须保持一致，射频信号通过射频巴伦以及射频阻抗匹配网络作用于二极管混频核，本振信号通过本振巴伦以及本振阻抗匹配网络作用于二极管混频核，巴伦将非平衡信号转化为平衡信号，中频信号由射频巴伦的次级中心抽头引出，当二极管特性相同时，可以组成平衡电桥，具有较高的隔离度，中频信号输出端连接滤波网络可以进一步提高隔离度。此结构的优点在于其混频产物只有单端混频器产物的四分之一，大大减少了混频器的杂散输出，改进的肖特基二极管混频核与本振、射频阻抗匹配技术相结合改善了混频器的线性度，改进的中频滤波网络提高了射频中频隔离度，同时实现宽中频的特性。
40.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。