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CN112838835A - 一种移相器的放大电路及移相器 - Google Patents

一种移相器的放大电路及移相器 Download PDF

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CN112838835A CN202011638558.4A CN202011638558A CN112838835A CN 112838835 A CN112838835 A CN 112838835A CN 202011638558 A CN202011638558 A CN 202011638558A CN 112838835 A CN112838835 A CN 112838835A
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Abstract

本发明提供了一种移相器的放大电路及移相器，包括第一放大电路和第二放大电路；所述第一放大电路和第二放大电路均包括控制模块、调制模块及射频放大模块，所述调制模块两端分别连接于所述控制模块和射频放大模块；调制模块中在第一调制单元导通/关闭，同时第二调制单元关闭/导通时，控制射频放大模块中的第一射频放大单元和第二射频放大单元的偏置电流。加入固定电流源ICMP可以降低因不同状态下电流变化引起的栅源电容变化，达到降低输出相位误差，因此，放大电路在不同增益状态下相位变化相比传统结构有明显的改善。同时使用差分输出的控制电路无需额外的开关控制极性。

Description

一种移相器的放大电路及移相器
【技术领域】
本发明涉及半导体元件技术领域，具体涉及一种移相器的放大电路及移相器。
【背景技术】
在目前的有源矢量合成移相器(Phase shifter)中，主要有正交耦合器，IQ两路VGA放大电路，Gi lbert合路器以及控制电路DAC组成。VGA作为其中的核心模块，要求在不同增益状态下的相位变化(Phase Varation)尽可能小，否则会对最后输出的均方根相位误差(RMS Phase Error)性能影响较大。
目前VGA主流的方案主要有两种，一种是通过改变偏置电压来控制增益，第二种则是通过改变射频放大的方式实现控制增益。使用第一种方法，会使得在不同偏置情况下相位变化较大，且输出阻抗也会跟着变化；其次这种结构的VGA电路中共源共栅级中间加入了一个匹配电感，IQ两路总共需要4个电感，大大增加了版图面积。第二种方案虽然可以取得比第一种方案相对较低的Phase Varat ion，且没有引入级间电感，但是需要额外引入四组模拟开关改变极性，多两位数字控制位。
因此，有必要提供一种可以在不同增益状态下的相位变化尽可能小的一种应用于移相器中的放大电路。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种可以在不同增益状态下的相位变化尽可能小的一种移相器的放大电路及移相器。
本发明的技术方案如下：本发明提供了一种移相器的放大电路及移相器，包括第一放大电路和第二放大电路；所述第一放大电路和第二放大电路均包括控制模块、调制模块及射频放大模块，所述调制模块两端分别连接于所述控制模块和射频放大模块；
所述调制模块包括第一调制单元和第二调制单元，所述第二调制单元两端连接于所述第一调制单元；
所述控制模块包括第一控制单元、第二控制单元及第三控制单元，所述第一控制单元和第二控制单元一端分别连接于所述第三控制单元；所述第一控制单元和第二控制单元另一端分别连接于所述第一调制单元；
所述射频放大模块包括连接于所述第一调制单元的第一射频放大单元和第二射频放大单元；
在所述第一调制单元导通且第二调制单元关闭时，第一控制单元控制第一射频放大单元的偏置电流，第二控制单元控制所述第二射频放大单元的偏置电流；
所述第一调制单元关闭且第二调制单元导通时，所述第一控制单元控制第二射频放大单元的偏置电流，所述第二控制单元控制所述第一射频放大单元的偏置电流。
进一步的，所述第一射频放大单元包括第一晶体管和第二晶体管；所述第二射频放大单元包括第三晶体管和第四晶体管；
所述第一晶体管和第二晶体管的源极相互连接，所述第二晶体管和第三晶体管的栅极相互连接，所述第三晶体管和所述第四晶体管的源极相互连接，所述第一晶体管和第三晶体管的漏极相互连接，所述第二晶体管和第四晶体管的漏极相互连接。
进一步的，所述第一调制单元包括第五晶体管和第八晶体管；所述第二调制单元包括第六晶体管和第七晶体管；
所述第五晶体管和第六晶体管的源极相互连接，所述第六晶体管和第七晶体管的栅极相互连接，所述第七晶体管和第八晶体管的源极相互连接，所述第五晶体管和第七晶体管的漏极相互连接，所述第六晶体管和第八晶体管的漏极相互连接。
进一步的，所述第一控制单元为第九晶体管，第二控制单元为第十晶体管，所述第三控制单元两端分别连接于所述第九晶体管和第十晶体管的栅极，所述第九晶体管和所述第十晶体管的漏极连接于所述第一调制单元一端，所述第九晶体管和第十晶体管的源极接地。
进一步的，还包括固定电流源模块，所述固定电流源模块两端分别连接所述调制模块及射频放大模块。
进一步的，所述固定电流源模块包括第一固定电流源单元和第二固定电流源单元，所述第一固定电流源单元一端连接于所述第七晶体管漏极，所述第一固定电流源单元另一端接地；所述第二固定电流源单元一端连接于所述第六晶体管漏极，所述第二固定电流源单元另一端接地。
与此同时，本发明还提供了一种移相器电路，上述所述的应用于移相器中的放大电路，所述第一放大电路和第二放大电路的合路进行输出。
本发明的有益效果在于：本发明提供的移相器放大电路通过控制模块、调制模块及尾电流模块之间的信号传输，调制模块中在第一调制单元导通且第二调制单元关闭时，第一控制单元控制尾电流模块中的第一射频放大单元的偏置电流，第二控制单元控制尾电流模块中的第二射频放大单元的偏置电流；第一调制单元关闭且第二调制单元导通时，第一控制单元控制第二射频放大单元的偏置电流，第二控制单元控制第一射频放大单元的偏置电流。加入固定电流源ICMP可以降低因不同状态下电流变化引起的栅源电容变化，达到降低输出相位误差，因此，放大电路在不同增益状态下相位变化相比传统结构有明显的改善。同时使用差分输出的控制电路无需额外的开关控制极性。
【附图说明】
下面结合附图详述本发明的具体结构：
图1为本发明的移相器的放大电路的示意图。
图中：1-射频放大模块，2-调制模块，3-控制模块,4-固定电流源模块。
【具体实施方式】
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种移相器的放大电路，包括第一放大电路和第二放大电路；所述第一放大电路和第二放大电路均包括控制模块3、调制模块2及射频放大模块1，所述调制模块2两端分别连接于所述控制模块3和射频放大模块1；
所述调制模块2包括第一调制单元和第二调制单元，所述第二调制单元两端连接于所述第一调制单元；
所述控制模块3包括第一控制单元、第二控制单元及第三控制单元，所述第一控制单元和第二控制单元一端分别连接于所述第三控制单元；所述第一控制单元和第二控制单元另一端分别连接于所述第一调制单元；
所述射频放大模块1包括连接于所述第一调制单元的第一射频放大单元和第二射频放大单元；
在所述第一调制单元导通且第二调制单元关闭时，第一控制单元控制第一射频放大单元的偏置电流，第二控制单元控制所述第二射频放大单元的偏置电流；
所述第一调制单元关闭且第二调制单元导通时，所述第一控制单元控制第二射频放大单元的偏置电流，第二控制单元控制所述第一射频放大单元的偏置电流。
由上述可知，本发明提供的移相器的放大电路中，在不同的控制模块产生不同的电流，进而改变尾电流模块的偏置电流，实现对尾电流模块的增益的改变，因此，放大电路在不同增益状态下相位变化相比传统结构有明显的改善。同时使用差分输出的控制电路无需额外的开关控制极性。
进一步的，所述第一射频放大单元包括第一晶体管M1和第二晶体管M2；所述第二射频放大单元包括第三晶体管M3和第四晶体管M4；所述第一晶体管M1和第二晶体管M2的源极相互连接，所述第二晶体管M2和第三晶体管M3的栅极相互连接，所述第三晶体管M3和所述第四晶体管M4的源极相互连接，所述第一晶体管M1和第三晶体管M3的漏极相互连接，所述第二晶体管M2和第四晶体管M4的漏极相互连接。
具体的，本发明中的晶体管为场效应管(即MOS管)，采用差分输出DAC电路控制射频放大模块，由于差分DAC输出电压本身自带极性，所以可以省略多余的开关控制电路。DAC模块输出的差分电压控制电流源M9、M10，即晶体管的栅源电压，使其在不同的DAC输出电压下产生不同电流，进而改变射频晶体管M1、M2、M3、M4偏置电流，也就可以改变射频晶体管的增益大小。
进一步的，所述第一调制单元包括第五晶体管M5和第八晶体管M8；所述第二调制单元包括第六晶体管M6和第七晶体管M7；
所述第五晶体管M5和第六晶体管M6的源极相互连接，所述第六晶体管M6和第七晶体管M7的栅极相互连接，所述第七晶体管M7和第八晶体管M8的源极相互连接，所述第五晶体管M5和第七晶体管M7的漏极相互连接，所述第六晶体管M6和第八晶体管M8的漏极相互连接。
具体的，这里的调制模块2为二相调制模式(二进制BPM模式)，BPM模式控制晶体管工作在深线性区，漏源压降很小，对其他电路影响很小，保证其他晶体管依然工作在饱和区。使用BPM模式可以允许多个发射通道同时工作，每个通道的相位通过BPM控制信号使其为0°或者180°，确保对这些信号的分离，使得后续的接收机对接收到的数据进行排序。在本电路中，BPM+为高电平，BPM-为低电平时，射频晶体管M1，M2的电流由晶体管M9决定，M3，M4中的电流由M10决定；BPM+为低电平，BPM-为高电平时，射频晶体管M1，M2的电流由晶体管M10决定，M3，M4中的电流由M9决定，那么对于I路VGA而言在BPM模式下，其输出信号极性由BPM+，BPM-电平决定，两者相差180°。
进一步的，所述第一控制单元为第九晶体管M9，第二控制单元为第十晶体管M10，所述第三控制单元两端分别连接于所述第九晶体管M9和第十晶体管M10的栅极，所述第九晶体管M9的和所述第十晶体管M10的漏极连接于所述第一调制单元一端，所述第九晶体管M9和第十晶体管M10的源极接地。这里的第三控制单元为I_DAC单元。
此外，还包括固定电流源模块4，所述固定电流源模块4两端分别连接所述调制模块2及射频放大模块1。所述固定电流源模块4包括第一固定电流源单元和第二固定电流源单元，所述第一固定电流源单元一端连接于所述第七晶体管M7漏极，所述第一固定电流源单元另一端接地；所述第二固定电流源单元一端连接于所述第六晶体管M6漏极，所述第二固定电流源单元另一端接地。加入固定电流源模块4可以降低因不同状态下电流变化引起的栅源电容变化，达到降低输出相位误差。
本发明的第二放大电路的射频放大模块包括第三射频放大单元和第四射频放大单元，第三射频放大单元包括第十一晶体管M11和第十二晶体管M12；第四射频放大单元包括第十三晶体管M13和第十四晶体管M14；
所述第十一晶体管M11和第十二晶体管M12的源极相互连接，所述第十二晶体管M12和第十三晶体管M13的栅极相互连接，所述第十三晶体管M13和所述第十四晶体管M14的源极相互连接，所述第十一晶体管M11和第十三晶体管M13的漏极相互连接，所述第十二晶体管M12和第十四晶体管M14的漏极相互连接。
进一步的，第二放大电路的调制模块包括第三调制单元和第四调制单元，第三调制单元包括第十五晶体管M15和第十八晶体管M18；第四调制单元包括第十六晶体管M16和第十七晶体管M17；
所述第十五晶体管M15和第十六晶体管M16的源极相互连接，所述第十六晶体管M16和第十七晶体管M17的栅极相互连接，所述第十七晶体管M17和第十八晶体管M18的源极相互连接，所述第十五晶体管M15和第十七晶体管M17的漏极相互连接，所述第十六晶体管M16和第十八晶体管M18的漏极相互连接。
进一步的，第二放大电路的控制模块包括第四控制单元、第五控制单元及第六控制单元，所述第四控制单元和第五控制单元一端分别连接于所述第六控制单元；所述第四控制单元和第五控制单元另一端分别连接于所述第三调制单元；第四控制单元为第十九晶体管M19，第五控制单元为第二十晶体管M20，所述第六控制单元两端分别连接于所述第十九晶体管M19和第二十晶体管M20的栅极，所述第十九晶体管M19和第二十晶体管M20的漏极连接于所述第三调制单元一端，所述第十九晶体管M19和第二十晶体管M20的源极接地。
进一步的，第二放大电路的固定电流源模块包括第三固定电流源单元和第四固定电流源单元，所述第三固定电流源单元一端连接于所述第十七晶体管漏极，所述第三固定电流源单元另一端接地；所述第四固定电流源单元一端连接于所述第十六晶体管M16漏极，所述第四固定电流源单元另一端接地。
与此同时，本发明还提供了一种移相器电路，包括上述所述的移相器的放大电路。
综上所述，本发明提供的移相器的放大电路中，采用差分输出DAC电路控制射频放大模块，由于差分DAC输出电压本身自带极性，所以可以省略多余的开关控制电路。其次，额外加入的固定电流源模块选取合适的电流值，可以进一步降低不同控制状态下的相位误差。另外，加入了二进制BPM模式，BPM模式控制晶体管工作在深线性区，漏源压降很小，对其他电路影响很小，保证其他晶体管依然工作在饱和区。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种移相器的放大电路，其特征在于：包括第一放大电路和第二放大电路；所述第一放大电路和第二放大电路均包括控制模块、调制模块及射频放大模块，所述调制模块两端分别连接于所述控制模块和射频放大模块；
所述调制模块包括第一调制单元和第二调制单元，所述第二调制单元两端连接于所述第一调制单元；
所述控制模块包括第一控制单元、第二控制单元及第三控制单元，所述第一控制单元和第二控制单元一端分别连接于所述第三控制单元；所述第一控制单元和第二控制单元另一端分别连接于所述第一调制单元；
所述射频放大模块包括连接于所述第一调制单元的第一射频放大单元和第二射频放大单元；
在所述第一调制单元导通且第二调制单元关闭时，所述第一控制单元控制第一射频放大单元的偏置电流，所述第二控制单元控制所述第二射频放大单元的偏置电流；
所述第一调制单元关闭且第二调制单元导通时，所述第一控制单元控制第二射频放大单元的偏置电流，所述第二控制单元控制所述第一射频放大单元的偏置电流。
2.根据权利要求1所述的移相器的放大电路，其特征在于：所述第一射频放大单元包括第一晶体管和第二晶体管；所述第二射频放大单元包括第三晶体管和第四晶体管；
所述第一晶体管和第二晶体管的源极相互连接，所述第二晶体管和第三晶体管的栅极相互连接，所述第三晶体管和所述第四晶体管的源极相互连接，所述第一晶体管和第三晶体管的漏极相互连接，所述第二晶体管和第四晶体管的漏极相互连接。
3.根据权利要求2所述的移相器的放大电路，其特征在于：所述第一调制单元包括第五晶体管和第八晶体管；所述第二调制单元包括第六晶体管和第七晶体管；
所述第五晶体管和第六晶体管的源极相互连接，所述第六晶体管和第七晶体管的栅极相互连接，所述第七晶体管和第八晶体管的源极相互连接，所述第五晶体管和第七晶体管的漏极相互连接，所述第六晶体管和第八晶体管的漏极相互连接。
4.根据权利要求3所述的移相器的放大电路，其特征在于：所述第一控制单元为第九晶体管，第二控制单元为第十晶体管，所述第三控制单元两端分别连接于所述第九晶体管和第十晶体管的栅极，所述第九晶体管和所述第十晶体管的漏极连接于所述第一调制单元一端，所述第九晶体管和第十晶体管的源极接地。
5.根据权利要求3所述的移相器的放大电路，其特征在于：还包括固定电流源模块，所述固定电流源模块两端分别连接所述调制模块及射频放大模块。
6.根据权利要求5所述的移相器的放大电路，其特征在于：所述固定电流源模块包括第一固定电流源单元和第二固定电流源单元，所述第一固定电流源单元一端连接于所述第七晶体管漏极，所述第一固定电流源单元另一端接地；所述第二固定电流源单元一端连接于所述第六晶体管漏极，所述第二固定电流源单元另一端接地。
7.一种移相器电路，其特征在于：包括权利要求1-6任意一项所述的移相器的放大电路。
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