一种宽带有源移相器电路的制作方法

本发明属于射频集成电路设计，涉及一种宽带有源移相器电路。

背景技术：

1、近年来，相控阵雷达在军用和民用领域均得到了广泛地应用，移相器是相控阵雷达的核心部件，通过合适的信号控制，可以在输出端得到相位可调的信号。移相器的性能影响整个相控阵系统的性能，其中移相器的相位精度直接决定了天线波束指向角的精度，在通信系统中影响能量传输效率和空域滤波性能，而在目标跟踪雷达中则直接影响了目标识别的精度。现阶段，有源移相器凭借高增益、高精度和宽带宽的优点，在主流单片相控阵t/r芯片中得到了广泛应用。

2、随着硅基半导体工艺的不断进步，尤其是sige bicmos工艺的出现使射频微波频段设计电路有了更多的选择，sige工艺将传统cmos工艺低成本、高集成度的优势与sige工艺出色的射频性能相结合，使得基于sige工艺的移相器芯片具有体积小、成本低、可靠性高以及数字电路兼容性强的特点，促进了相控阵系统小型化和低成本化的发展，从而更广泛地应用于军用和民用领域。

3、目前射频频段的硅基有源移相器的工作带宽较窄、移相误差大、增益低，如何能扩展工作带宽、提高移相精度、减小器件损耗是当前移相器的设计难点和重点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种宽带有源移相器电路，解决了传统硅基有源移相器的工作带宽较窄、移相误差大、增益低的技术问题，本发明宽带有源移相器电路，具有移相精度高、工作频率宽、成本低、可靠性高的优势，能够提升相控阵雷达系统的性能并促进其小型化和低成本化的发展。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种宽带有源移相器电路，包括输入巴伦、正交信号发生器和矢量调制器；

4、输入巴伦用于接收外部输入的单端信号，将单端信号转化为差分信号，将差分信号输出至正交信号发生器；

5、正交信号发生器用于接收由输入巴伦输入的差分信号，利用差分信号产生相位相差90度的正交信号，将正交信号输出至矢量调制器；

6、矢量调制器接收由正交信号发生器输入的正交信号，对正交信号进行极性选择和增益控制，输出经过移相的差分射频信号。

7、进一步的，输入巴伦包括电容c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7以及互相耦合的电感l1、l2；

8、电容c1一端为单端信号rfin输入端，另一端与电容c4一端和电感l1一端相连；电容c4另一端和电感l1另一端接地；电感l2与电感l1耦合，电感l2一端连接电容c2一端和电容c6一端，电感l2另一端连接电容c3一端和电容c7一端，电感l2的中间抽头通过电容c5接地；电容c2另一端连接输出端v+，电容c3另一端连接输出端v-；电容c6另一端和电容c7另一端接地。

9、进一步的，正交信号发生器包括电感l3、l4，电容c8、c9和电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6；

10、由输入巴伦的输出端v+输出的差分信号分为两路，一路经电容c8、电阻r1后从i+端输出，另一路经电感l3、电阻r3橘皮从q+端输出；由输入巴伦的输出端v-输出的差分信号分为两路，一路经电容c9、电阻r2后从i-端输出，另一路经电感l4、电阻r4后从q-端输出；电阻r5跨接在输出端i+和输出端q-之间，电阻r6跨接在输出端i-和输出端q+之间。

11、进一步的，矢量调制器电路包括i路vga阵列、q路vga阵列和输出级；

12、i路vga阵列和q路vga阵列均采用五个不同尺寸带电流舵的gilbert单元并联构成的结构；

13、单路vga阵列包括两组数字控制输入信号端、两路直流偏置输入信号端、两路射频差分信号输入端以及两路差分信号输出端；输出级包括npn三极管q1、q2，电感l5、l6、l7、l8，电阻r7、r8和电容c10、c11；

14、q1和q2的基极连接直流偏置信号vbias3，q1和q2的发射极分别连接两路vga阵列差分输出信号的正端和负端，q1的集电极连接l5的一端和r7的一端，l5的另一端与c10相连作为经过移相的差分射频信号的输出端，l5的另一端同时与l7相连后连接至电源电压vdd；q2的集电极连接l6的一端和r8的一端，l6的另一端与c11相连作为经过移相的差分射频信号的输出端，另一路与l8相连后连接至电源电压vdd，r6和r8另一端与电源电压vdd相连。

15、进一步的，单个vga阵列包括npn三极管q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9、q10，反相器inv1，电容c12、c13，电阻r9、r10、r11、r12；

16、q3和q8的基极接控制信号，如图4所示，对于i路vga阵列和q路vga阵列，控制信号分别为vb1和vb2；q4和q7的基极均通过inv1接控制信号vb1，q3和q8的基极以及q4和q7的基极为第一组数字控制输入信号端；q6和q10的基极接控制信号vb3，为第二组数字控制输入信号端；

17、q3和q7的集电极为第一路差分信号输出端；q4和q8的集电极为第二路差分信号输出端；

18、q3和q4的发射极相连并连接到q5集电极和q6的发射极，q7和q8的发射极相连并连接到q9集电极和q10的发射极；

19、q5的基极一路通过c12连接正交信号发生器(200)的输出端i+和输出端q+，为第一路射频差分信号输入端，q5的基极另一路连电阻r9后接直流偏置信号vbias1；q9的基极一路通过c13连接正交信号发生器(200)的输出端i-和输出端q-，为第二路射频差分信号输入端，q9的基极另一路连电阻r11后接直流偏置信号vbias1；q5的基极另一路和q9的基极另一路为第一路直流偏置输入信号端；

20、q5和q9的发射极分别连电阻r10和r12后接地，q6和q10的集电极与直流偏置信号vbias2相连，为第二路直流偏置输入信号端。

21、进一步的，电感l1和l2采用两层电感线圈交叠的结构，内电感线圈和外电感线圈的匝数为1:1。

22、进一步的，l3和l4的感值为0.34～0.54nh(优选0.44nh)，c8和c9的容值为250～286ff(优选268ff)，r5和r6的阻值为90～110ω(优选100ω)，r1、r2、r3和r4的阻值为27～34ω(优选31ω)。

23、进一步的，单个vga单元阵列包含的五组npn三极管的长度分别为6.6μm、3.4μm、1.8μm、1μm和0.6μm。每组npn三极管均包含q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9、q10，每组npn三极管中各npn三极管的长度相等。

24、进一步的，npn三极管q3、q4和q5构成gilbert单元电路，q7、q8和q9构成gilbert单元电路；当vb1为高电平时，q3和q8导通，当vb1为低电平时，q4和q7导通，q3和q8导通和q4和q7导通时，输出的射频信号相位相反。

25、进一步的，电容c10、电感l5和电感l7构成t型负载；

26、电容c11、电感l6和电感l8构成t型负载。

27、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

28、(1)本发明创造性的提出一种宽带有源移相器电路，具有移相精度高、工作频率宽、成本低、可靠性高的特点，能够提升相控阵雷达系统的性能并促进其小型化和低成本化的发展；

29、(2)本发明采用的变压器巴伦结构，通过优化线圈的几何参数，提升巴伦的耦合系数、插入损耗等性能参数；两个互相耦合的螺旋电感并联接地电容，拓宽巴伦的工作带宽；巴伦差分端中间抽头接地，保证了其良好的幅相一致性。

30、(3)本发明基于带电阻补偿的r-l-c全通滤波器结构，通过设计补偿电阻的值，达到了提升输出端口间隔离度、降低负载寄生电容对正交信号幅度和相位平衡性的影响、扩展电路工作频宽的作用；

31、(4)本发明设计了带电流舵的吉尔伯特单元阵列，通过优化晶体管的尺寸，得到精准的电流增益，从而提升了移相器精度；带电流舵晶体管的结构设计可以使总电流恒定，保证移相各状态的幅度一致性；

32、(5)本发明具备可编程偏置电流的功能，在保证完成高精度移相的情况下，可降低系统功耗。