[發(fā)明專利]一種基于不對稱交叉連接的超寬帶倍頻器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810737807.1
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108900164B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 牟首先;江軒;馬凱學;孟凡易
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03B19/14
• 分類號: H03B19/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發(fā)明公開了一種基于不對稱交叉連接的超寬帶倍頻器，所述超寬帶倍頻器包括：帶電流源的射極跟隨器、超寬帶有源巴倫、倍頻器核心單元；倍頻器核心單元包括：兩組不同射極面積的差分結構，2個差分結構發(fā)射極交叉連接；輸入信號通過一個帶尾電流源進入超寬帶有源巴倫轉化成一組差分信號，該差分信號通過一個帶尾電流射極跟隨器進入倍頻器核心單元；解決了現(xiàn)有的不足，形成了帶寬為8?42GHz超寬帶倍頻器；該倍頻器無高階濾波器大大減少了芯片面積，可以作為許多電路的通用倍頻器，為毫米波及太赫茲頻段以及一些特殊雙頻段(5G通信)VCO提供一種新實現(xiàn)的方法。

技術領域

本發(fā)明涉及有源倍頻器領域，具體地，涉及一種基于不對稱交叉連接的超寬帶倍頻器。

背景技術

無論是發(fā)射機的載波還是接收機的本振振蕩都需要一個高純度，高穩(wěn)定的本振源來提供信號的上下變頻，以便發(fā)射、傳輸、接收所需的信號。而傳統(tǒng)的頻率振蕩器，VCO由于收到晶體管本身性能的截止頻率的限制，在工作頻率提升到毫米波以及太赫茲頻段時，VCO就很難提供符合要求的本振信號。

用一個低頻本振源通過一個或者幾個倍頻器級聯(lián)的形式來獲得收發(fā)系統(tǒng)中所需要的本振源。其中倍頻器主要利用器件的非線性產(chǎn)生諧波，得到其高次諧波進而得到較好的高頻信號，這在某種程度上可以大大減少VCO的設計難度，可以增加VCO的可調(diào)性和穩(wěn)定性。

根據(jù)結構可以分為無源倍頻器和有源倍頻器，其中無源倍頻器主要其中倍頻器主要利用器件的非線性產(chǎn)生諧波，然后通過濾波器選出自己所需要的信號頻率。因為沒有直流提供能量，會產(chǎn)生大量變頻損耗，常常需要一個放大器來彌補能量損失，這樣會大大消耗直流功率，如果沒有高階濾波器，倍頻器的帶寬和隔離度會很低，引入高階濾波器會大大增加芯片面積。

因為相對于無源倍頻器而言，有源倍頻器往往可以提供一個可觀的轉化增益，而且通過選擇合適的電路topology可以實現(xiàn)有效的隔離度和干擾波抑制比，無需高階濾波器。而以前有源倍頻器常常選擇吉爾伯特電路，而吉爾伯特作為有源倍頻器在基波和三次諧波抑制能力和功耗的限制，使得人們不得不尋找一種新型有源倍頻器結構

不對稱交叉連接的差分結構最早是由Ogawa提出，而在1978年Kusakabe將其作為一種乘法器而提出,隨后在1992年Kimure將該電路發(fā)展成為一種準對數(shù)整流器，隨后又實現(xiàn)了一個四象限乘法器，由于Kimure應用后，該結構逐漸趨于成熟，故這種交叉連接差分結構又稱 Kimure core結構

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于不對稱交叉連接的超寬帶倍頻器，解決了現(xiàn)有的不足，該倍頻器無高階濾波器大大減少了芯片面積，可以作為許多電路的通用倍頻器，為毫米波及太赫茲頻段以及一些特殊雙頻段(5G通信)VCO提供一種新實現(xiàn)的方法。

本申請中的基于不對稱交叉連接的超寬帶倍頻器包括：帶電流源的射極跟隨器、超寬帶有源巴倫、倍頻器核心單元；倍頻器核心單元包括：兩組不同射極面積的差分結構，2個差分結構發(fā)射極交叉連接；輸入信號通過一個帶尾電流源進入超寬帶有源巴倫轉化成一組差分信號，該差分信號通過一個帶尾電流射極跟隨器進入倍頻器核心單元；

超寬帶有源巴倫包括：晶體管Q1和Q2、一個電流源、兩個電容C1和C2；晶體管Q1的基極與輸入信號相連，晶體管Q1的基極通過電容C1與晶體管Q2的集電極相連，晶體管Q1 和Q2的發(fā)射極相互連接并與一個尾電流源I0相連，晶體管Q1的集電極通過電容C2與晶體管Q2的基極相連；

倍頻器核心單元包括：四個晶體管Q1-Q4、兩個電流源；Q1、Q2具有相同的發(fā)射極面積， Q3、Q4具有相同的發(fā)射極面積，且Q3和Q4的發(fā)射極面積是Q1和Q2發(fā)射極面積的K倍；Q1和Q3的基極相連并接入差分信號正極，Q2和Q4的基極相連接入差分信號的負極；Q1和Q2 的集電極相連，Q3和Q4的集電極相連；Q1與Q4的發(fā)射極相連并連接在一個電流源上，Q2 與Q3的發(fā)射極相連并連接在一個尾電流源上。