[發(fā)明專利]兼具高隔離度和穩(wěn)定輸入匹配的毫米波開關(guān)鍵控調(diào)制器

有效

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• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN111106823B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱舫;羅國清;游彬;洪慧;潘玉劍
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03K19/003
• 分類號: H03K19/003;H03K19/018
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開了一種兼具高隔離度和穩(wěn)定輸入匹配的毫米波開關(guān)鍵控調(diào)制器，其包括共源級電路、變壓器、改進型層疊共柵級開關(guān)電路，改進型層疊共柵級開關(guān)電路在傳統(tǒng)型層疊共柵級開關(guān)電路的基礎(chǔ)上加入了串聯(lián)電感、下層開關(guān)晶體管、上層開關(guān)晶體管，通過優(yōu)化串聯(lián)電感的感值、下層開關(guān)晶體管和上層開關(guān)晶體管的柵寬，不僅能在不影響電路增益的情況下提升電路的開/關(guān)隔離度，還能顯著減小電路在開/關(guān)狀態(tài)下的輸入阻抗變化；此外，共源級電路和改進型層疊共柵級開關(guān)電路之間通過變壓器進行耦合，實現(xiàn)小尺寸、低電壓和高增益，也進一步減小改進型層疊共柵級開關(guān)電路在開/關(guān)狀態(tài)下的輸入阻抗變化對調(diào)制器的輸入匹配的影響，實現(xiàn)更加穩(wěn)定的輸入匹配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波毫米波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種毫米波開關(guān)鍵控調(diào)制器，尤其涉及一種兼具高隔離度和穩(wěn)定輸入匹配的毫米波開關(guān)鍵控調(diào)制器。

背景技術(shù)

近年來，隨著第五代移動通信(5G)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)的發(fā)展，高速率、低成本、低功耗的毫米波開關(guān)鍵控(OOK)無線通信系統(tǒng)獲得了人們的廣泛關(guān)注。其中，OOK調(diào)制器是OOK收發(fā)系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，其主要性能指標包括調(diào)制速率、增益、開/關(guān)隔離度和輸入匹配穩(wěn)定性等。

最簡單的OOK調(diào)制器是利用OOK信號直接控制振蕩器的導(dǎo)通和關(guān)斷，它們雖然可以獲得很高的開/關(guān)隔離度，但調(diào)制速率受振蕩器的起振和關(guān)斷時間所限制。另一種OOK調(diào)制器是基于單刀單擲開關(guān)，它們可以獲得高的調(diào)制速率，但通常面臨著增益過低(存在插入損耗)和開/關(guān)隔離度不夠等問題，尤其在毫米波頻段，這些問題更加明顯。盡管可以采用雙平衡結(jié)構(gòu)來提高開關(guān)的隔離度，但這進一步增加了開關(guān)的插入損耗，而且也增加了開關(guān)的面積。還有一種OOK調(diào)制器是利用OOK信號控制放大器的導(dǎo)通和關(guān)斷，這樣可以解決開關(guān)增益低的問題，但開/關(guān)隔離度不夠的問題依然存在。有文獻提出在基于放大器結(jié)構(gòu)的OOK調(diào)制器中并聯(lián)一個可控阻抗單元到“地”，該單元在調(diào)制器導(dǎo)通時工作在高阻狀態(tài)，在調(diào)制器關(guān)斷時工作在低阻狀態(tài)，因此在不影響調(diào)制器增益和功耗的條件下實現(xiàn)了很高的開/關(guān)隔離度。然而，這些OOK調(diào)制器還存在著開/關(guān)狀態(tài)下輸入阻抗變化過大的問題，即輸入匹配不穩(wěn)定問題。在OOK調(diào)制器的工作過程中，高速率、大幅度的輸入阻抗變化可能會導(dǎo)致調(diào)制器前級的振蕩器或信號源工作不穩(wěn)定。

因此，需要發(fā)明一種新型的毫米波OOK調(diào)制器，使其在輸入匹配穩(wěn)定的同時具備高調(diào)制速率、高增益和高開/關(guān)隔離度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種在開/關(guān)狀態(tài)下輸入匹配穩(wěn)定，同時具有高開/關(guān)隔離度的新型毫米波OOK調(diào)制器。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種兼具高隔離度和穩(wěn)定輸入匹配的毫米波OOK調(diào)制器，包括共源級電路、變壓器T₁、改進型層疊共柵級開關(guān)電路；共源級電路和改進型層疊共柵級開關(guān)電路之間通過變壓器T₁進行耦合；

所述改進型層疊共柵級開關(guān)電路為在傳統(tǒng)型層疊共柵級開關(guān)電路中加入串聯(lián)電感L_S2、下層開關(guān)晶體管M₄、上層開關(guān)晶體管M₅；其中，下、上層開關(guān)晶體管M₄和M₅的漏極分別與傳統(tǒng)型層疊共柵級開關(guān)電路的下、上層共柵級晶體管的源極連接，柵極與傳統(tǒng)型層疊共柵級開關(guān)電路的第一級反相器I₁的輸出端、第二級反相器I₂的輸入端連接，源極接地；串聯(lián)電感L_S2連接在傳統(tǒng)型層疊共柵級開關(guān)電路的下層共柵級晶體管的漏極和上層共柵級晶體管的源極之間。