用于5G-WiFi的可变增益有源巴伦LNA

设计了一款应用于5G-WiFi的可变增益有源巴伦LNA。该LNA输入级在采用共源共栅结构的基础上加入了阻容并联负反馈和源级电感负反馈,在保证低噪声的同时提高了电路线性度;第二级通过编程和改变控制电压实现了增益双调节功能;输出级采用有源巴伦结构实现了信号振幅相同、相位相反的差分输出。电路基于TSMC 0.18μm CMOS工艺库仿真,结果表明,在5.8GHz频率下,电路噪声系数为3.7dB,最大增益可调节范围为5-20dB,线性度IIP3达到-2.5dBm,输入、输出的回波损耗均小于-25dB。

基于双导体耦合线Marchand巴伦的快速建模与设计

针对Marchand巴伦模型参数提取效率低,耗时长的问题,本文提出了一种快速提取Marchand巴伦模型参数的方法。传统的耦合线建模过程中,当耦合线的物理尺寸,如长度、宽度、间距发生变化,需要重新进行电磁场仿真,占据大量的计算机资源和仿真时间。本文首先基于c、π模表征的耦合线分布模型构建了Marchand巴伦模型,通过对耦合线全波电磁场仿真获得的模型参数提取结果进行数据分析和拟合,找出耦合线物理尺寸和模型参数之间的关系,建立对应方程,避免在巴伦设计优化过程中反复进行电磁场仿真,达到快速设计Marchand巴伦的目的。使用该方法基于PCB板设计了中心频率为2.4 GHz的巴伦进行验证,测试结果表明该方法提取的模型参数具有较好的精度,能够满足巴伦的快速设计需求。

一种基于PCB加工技术的毫米波Marchand巴伦

巴伦作为差分到单端信号转换的关键组件,在高速电路实现中得到了广泛研究与应用。但目前对于毫米波频段的巴伦研究甚少,特别是基于PCB加工工艺的高频巴伦。针对该应用,提出了一款适用于毫米波频段的平面Marchand巴伦。所设计的微带巴伦的最小线宽和缝隙宽度均大于0.12 mm,满足PCB加工工艺要求。仿真结果表明,该巴伦工作带宽为21.9%,差分端的最大幅度和相位失配分别小于1.1 d B和6°。为进行试验验证,在RO4350基板上集成了巴伦以及用于测试的耦合微带线—矩形波导转换结构。测试与仿真结果基本一致,证明了所提出的巴伦具有良好的性能。

宽带有源巴伦的仿真设计

文章重点研究基于分立PHEMT器件和HMIC工艺的有源巴伦,该成果可以进一步用于MMIC的设计。在1～2 GHz频率范围内,通过ADS软件对该有源巴伦进行仿真设计,其幅度差在0.17 dB之内,相位差在0.9°之内。利用AutoCAD软件生成PCB版图,采用Rogers4003基片加工。测试结果与仿真比较一致。

小型化三耦合线Marchand巴伦的等效模型分析与验证

为了实现三耦合线Marchand巴伦的快速设计,缩小巴伦的尺寸,提出了一种简化的三耦合线Marchand巴伦等效模型及小型化设计方法。该等效模型将复杂的三耦合线的S参数散射矩阵的计算问题简化为对两个并联的平行耦合线的S参数散射矩阵的计算。为了验证该模型和设计方法的有效性,采用0. 1μm砷化镓pHEMT (pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)工艺制作了一款75~110 GHz的单平衡混频芯片,最终应用于单平衡混频器的巴伦耦合线长度被缩减为中心频率1/4波长的44%。良好的混频器性能和紧凑的芯片面积证明了所提三耦合线巴伦的等效模型和设计方法能够为单片集成微波电路芯片的设计提供指导作用。

一种工作在400 GHz基于互补耦合线的Marchand巴伦

设计了一种工作在400 GHz的紧凑型Marchand巴伦,本设计采用互补耦合线(Complementary Conducting-Strip Coupled-Line,CCS CL),与传统的薄膜耦合线(Thin-Film Coupled-Line,TF CL)相比,CCS CL具有更高的耦合系数和几乎相同的奇偶模传输特性,因此基于CCS CL设计的Marchand巴伦具有更小的电路面积和更加平衡的差分输出。为了验证该设计,采用0.13μm 1P8M CMOS工艺制作了一种背靠背式Marchand巴伦测试电路,测得Marchand巴伦的插入损耗为0.75 dB,10 dB回波损耗带宽为110 GHz(从330 GHz到440 GHz)。设计的400 GHz Marchand balun的电路面积仅为0.0018 mm2(不包括焊盘面积),远小于其他类型的太赫兹巴伦结构。

一种基于LTCC技术的新型Marchand巴伦滤波器

设计了基于Marchand巴伦结构的小型化分布参数式巴伦滤波器。该巴伦滤波器基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术,充分利用该技术的多层优势,通过LTCC多层布线的实现方式缩小巴伦滤波器的体积。该巴伦滤波器的结构采用了螺旋线宽边耦合带状线结构(SBCS),同时采用独特的螺旋交叉堆叠结构,有效减少了巴伦滤波器的体积。设计的巴伦滤波器采用相对介电常数为9.8的介质材料,其尺寸仅为2.0mm×1.25mm×0.95mm,在1.805GHz^2.17GHz范围内回波损耗小于-12dB,幅度不平衡度小于±1.2dB,相位不平衡度小于±10°,完全能够满足当今通信设备小型化的需求。

一种含有源巴伦CMOS双频低噪声放大器的设计

设计了一种可用于北斗B1/B2频段带有源巴伦的可切换双通道CMOS低噪声放大器。为了实现不同频率的切换,使用开关管改变输入阻抗匹配。输出端采用一种有源巴伦技术,在降低芯片功耗和面积的同时将单端输入信号转变为差分输出信号。使用Cadence Spectre RF基于SMIC 0.13 μm 1P6M RF CMOS工艺下进行仿真。结果显示,在1.2 V工作电压下,当输入信号为1.56 GHz时,LNA的增益、噪声系数和偏置电流分别为19.77 dB、1.13 dB和1 mA;当输入信号为1.2 GHz时,LNA的增益、噪声系数和偏置电流分别为27.43 dB、2.11 dB和1 mA,功耗约为1.8 mW。

2 GHz~18 GHz宽带有源巴伦芯片设计

对宽带有源巴伦电路结构进行了研究,基于0.13μm GaAs pHEMT工艺,采用电磁仿真软件设计一款2 GHz~18 GHz单片集成宽带有源巴伦芯片。经过流片加工及装配测试,有源巴伦芯片在2 GHz~18 GHz工作频段范围,输入到两输出端小信号增益分别为3.0 dB~3.5 dB、3.5 dB~4.7 dB,两输出端口幅度差≤1.2 dB,相位差180±5°以内,输出P1 dB功率值大于4 dBm,直流功耗约5 V/50 mA。芯片尺寸为1.4 mm×1.9 mm×0.07 mm。实测与仿真结果具有一定的一致性。

应用于有源巴伦的新型幅度相位间接纠正技术

针对毫米波频段下有源巴伦输出端口间存在的幅度和相位失配问题,提出了一种新型幅度相位间接纠正技术。该技术利用共射共基结构将输入的幅度与相位误差进行平均分配和重组,同时将输入信号间的未知变量误差转化为内部纠正电路中的固有误差,从而实现对原误差的限制和间接纠正,继而产生一对新的理想差分输出信号。构建数学模型进行分析与推导,证实了该技术在理想情况下的可行性,并通过电路仿真对理论进行验证。仿真结果表明,该纠正电路3 dB带宽为96~113 GHz,峰值增益为12.7 dB。在105 GHz频率下,对于幅度误差为0~10 dB,相位误差在10°~110°范围内变化的所有输入信号,输出信号间幅度误差均小于0.3 dB,相位误差均小于5.3°,电路总功耗为54 mW。

超宽带Marchand巴伦分析与设计

给出了多层Marchand巴伦的等效电路,在此基础上讨论了巴伦的结构参数对带宽的影响。结论表明提高巴伦结构中短路线的阻抗同时降低开路线阻抗可以提升巴伦相对带宽的上限。应用所得的结论设计了一款超宽带紧凑型Marchand巴伦。通过弧线形的弯折将巴伦的主体结构尺寸控制在0.1 λ_g×0.1 λ_g(λ_g为中心频率对应的波长)以内,同时在传输线之间加入接地线以减小巴伦输出端口的不平衡度。仿真结果表明,设计的巴伦在1.5~18.5 GHz内具有良好的回波损耗,同时在通带内具有±5°的相位不平衡度和±0.5 dB的幅度不平衡度,与理论推导结果吻合较好。

微带巴伦设计

根据微带耦合线的准TEM模参数 ,推导出相同耦合线Marchand巴伦须满足的导纳方程 ,讨论了改善巴伦性能的方法———电容补偿法。ADS仿真结果表明 :采用最佳条件选取的耦合线 ,巴伦的反射系数接近最小 ,传递系数接近最大 ;采取电容补偿后 ,可进一步改善巴伦的性能。最后给出宽边耦合线巴伦的实验结果。结果表明 :可用上述导纳方程设计巴伦耦合线的参数。

双频带巴伦馈电的宽带双频印刷偶极子设计

研究一种巴伦馈电双频印刷偶极子天线。为了使印刷偶极子天线工作在WLAN频段,H形状的缝隙开在偶极子两个臂上。优化无巴伦馈电的辐射单元,使得天线在回波损耗小于-10dB的情况下工作在2.4GHz(2180-2750MHz)和5.2GHz(5040-5480MHz)。为了展宽带宽,本文设计了一种改进的Marchand巴伦,它能提供两个谐振点以增加阻抗带宽。通过优化辐射单元和双频带巴伦,设计了工作在2150-2750MHz和5050-6230MHz的印刷偶极子天线。设计公式在文章中已经给出,计算和测试结果吻合得很好。

基于三导体耦合线的毫米波Marchand balun建模与设计（英文）

提出了一种基于三导体耦合线结构的毫米波Marchand巴伦的新型宽带模型.基于c模和π模理论,对三导体耦合线进行了分析并采用传输线和理想变压器对其建立了模型.通过电磁场仿真提取了模型参数并使用该耦合线模型建立了Marchand巴伦的模型.基于该模型,使用GaAs工艺设计了一种毫米波Marchand巴伦并进行了流片制造,所设计的巴伦工作在15~55 GHz频率范围,测试结果表明该巴伦具有较好的幅值和相位平衡度,同时验证了模型的准确性.

200-800MHz 6-Bit CMOS有源移相器设计

采用0.18μm CMOS工艺设计了一种200-800MHz 6-Bit有源移相器,基于低噪声有源巴伦和三阶多相滤波器设计方案,在提高工作带宽和移相精度的基础上,降低了噪声系数。后仿真结果显示:移相器典型增益10d B,噪声系数优于15d B;在-55^+85℃宽温范围内全频带RMS移相精度小于2.8°,常温工作条件下300~700MHz频段内RMS移相精度小于1°;工作电压3.3V,工作电流14.7m A,芯片面积1.3×1mm2。

基于InP HEMT的太赫兹分谐波混频器芯片设计

基于70 nm InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款175~205 GHz分谐波混频器太赫兹单片集成电路(TMIC)。使用三线耦合Marchand巴伦实现本振信号的平衡-不平衡转换。在射频端口设计了紧凑型耦合线结构的带通滤波器,实现对射频信号低损耗带通传输的同时缩小了芯片尺寸。测试结果表明混频器在175~205 GHz频率范围内,单边带(SSB)变频损耗小于15 dB,典型值14 dB。混频器中频频带为DC~25 GHz,射频端口对本振二次谐波信号的隔离度大于20 dB。芯片尺寸为1.40 mm×0.97 mm,能够与相同工艺的功率放大器、低噪声放大器实现片上集成,从而满足太赫兹通信等不同领域的应用需求。

用于实现LTCC双平衡星型混频器的宽带巴伦设计

文章介绍了用于实现LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic,低温共烧陶瓷)双平衡星型混频器的宽带巴伦设计。该巴伦是基于LTCC技术设计的多层结构巴伦,由2个相同的Marchand巴伦组成,采用宽边耦合线结构,提高了耦合系数,从而增加了巴伦的带宽。设计的巴伦在5.575～6.775 GHz的频率范围内,其幅度不平衡度小于0.1 dB,带内相位差为180±6°,可应用于C频段LTCC双平衡星型混频器。

平面巴伦的理论分析

微带耦合线巴伦的相关结论和公式在很多文章中被引用,并且在巴伦的设计过程中起着必不可少的作用,但几乎没有资料对这些结论、公式和巴伦的工作特性给出具体的分析和充分的说明。文章就微带耦合线Marchand巴伦的工作原理和特性做了具体分析和推导,有利于设计者快速掌握巴伦的特性和设计要点。最后,设计了一个C波段(中心频率为6GHz)的平面巴伦,利用ADS软件仿真巴伦在不同状态下的各个S参数曲线。

基于LTCC的超宽带巴伦滤波器小型化设计

该文设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的小型化超宽带巴伦(Balun)滤波器。该巴伦滤波器由一个五阶带通滤波器和基于Marchand巴伦改进型巴伦级联组成,带通滤波器采用耦合谐振式的设计方法,设计成宽带高抑制巴伦滤波器,在二阶、三阶和四阶谐振之间创新采用电感级联的拓扑结构,使相对带宽在48%以上。巴伦输入与输出之间的耦合采用一种并联堆叠式耦合螺旋传输线,增强了传输线之间的耦合,并拓宽了巴伦的带宽。结果表明,该巴伦滤波器通带为1.71~2.76 GHz,插损均小于2.3 dB;在50~669 MHz,抑制大于35 dB;在669~1 245 MHz,抑制大于17 dB;在3 205~3 400 MHz,抑制大于27 dB;在3 400~6 000 MHz,抑制均大于30 dB。两个输出端口信号的相位差和幅度差分别为180°±15°(1 710~2 340 MHz)、180°±10°(2 500~2 760 MHz)和±1.0 dB,具有较高的通用性和良好的应用市场。

GaAs pHEMT工艺6～18GHz有源倍频器MMIC

基于GaAs pHEMT工艺,设计了一个6～18 GHz宽带有源倍频器MM IC,最终实现了较高的转换增益和谐波抑制特性。芯片内部集成了输入匹配、有源巴伦、对管倍频器和输出功率放大器等电路。外加3.5 V电源电压下的静态电流为80 mA;输入功率为6 dBm时,6～18 GHz输出带宽内的转换增益为6 dB;基波和三次谐波抑制30 dBc。当输出频率为12 GHz时,100 kHz频偏下的单边带相位噪声为-143 dBc/Hz。芯片面积为1 mm×1.5 mm。