專利名稱：單端到差分變換器電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及不平衡/平衡變換器(BALUN)電路，并具體地但不專有地涉及，用于將射頻(RF)設備的低噪聲放大器連接到混頻器的BALUN電路。
背景技術：
由天線以及低噪聲放大器提供的RF信號通常是單端的，但是平衡電路通常用于集成的接收機/發送機的射頻通道。平衡電路提高了RF電路對于共模擾動的免疫力，因此在RF電路設計中極受推崇。
雖然差分天線可用于提供平衡RF輸入信號，但是為了簡化，經常使用無源BALUN以將不平衡天線信號轉變成平衡信號。然而，無源BALUN的使用具有一定的缺點。無源BALUN是損耗元件，它的損耗出現在天線所連接的低噪聲放大器之前。由于插入損耗等同于BALUN的噪聲系數，BALUN的插入損耗降低了接收機的靈敏度。此外，BALUN通常比較昂貴且帶寬不足以允許多標準結構。此外，需要附加的集成電路結合焊盤，增加了芯片的面積以及集成器件的總價。
作為無源BALUN的替換，集成有源BALUN可用在低噪聲放大器之后。有源BALUN放大單端低噪聲放大器(LNA)的信號并提供差分輸出。愈加需要BALUN能夠工作在如1.8V的低供電電壓，因為這對于便攜式式應用或擊穿電壓可低到2V的未來SiGe BiCMOS工藝很重要。該工藝的較高轉移頻率意味著較低的擊穿電壓。因此，對于注重速度的未來微波應用，低壓BiCOMS的設計很重要。
圖1示出了一種已知的有源BALUN，它被稱為微混頻器BALUN(micromixer BALUN)。低噪聲放大器2(LNA)的單端電壓輸出轉換成電阻器R1的電流信號，并且RF電流信號在晶體管Q1和Q2之間等分。晶體管Q1可處理RF輸入電壓的負偏移過程中的大量電流，并且晶體管Q2、Q3和Q4在其輸入和輸出端形成電流鏡，所述電流鏡可處理輸入電壓的正偏移過程中的大量電流。
晶體管Q1和發射極電阻器R2將與晶體管Q4和發射極電阻器R2匹配。晶體管Q1和Q的基極-發射極的電壓和為常數，并等于VB。因此，一個電流增加自動引起另一個減少。兩個一半的單元提供了轉移特性與正向輸入和反向輸入對稱，并在各種方式下優化時線性很高。
然而，圖1的電路具有電路無法工作于1.6伏最低供電電壓的缺點，因此，為線性和匹配的目的，需要反饋電阻R2。此外，沒有用于改變電路的相位特性以獲得寬帶操作的裝置，此外，沒有用于補償兩個差分部分之后的電流偏移的裝置。
本發明的優選實施例試圖克服上述現有技術的缺點。特別地，本發明的優選實施例的一個目的是提供一種可工作于低供電電壓的有源BALUN電路。
發明內容
根據本發明，提供了一種不平衡/平衡變換器電路，用于在輸入端接收單端輸入信號并在一對輸出端上提供差分輸出信號，所述電路包括-第一支路，包括用于接收單端輸入電壓信號的輸入端、第一晶體管、連接在所述輸入端和所述第一晶體管的第一端之間以提供流經所述第一晶體管的電流信號的第一電阻、連接到所述第一晶體管的第二端用于提供電壓輸出信號的第二電阻、以及輸出端；-第二支路，包括至少一個第二晶體管、用于提供取決于流經所述第二晶體管的電流信號的輸出信號的第三電阻、以及輸出端；以及-電流匹配裝置，用于依據所述輸出端上的輸出電壓，將流經所述第三電阻的電流保持為實質上等于流經所述第二電阻的電流。
通過第一支路，避免了為線性和匹配的目的而使用反饋電阻器。這提供了這樣的優點與現有技術相比，本發明的BALUN電路可工作于較低的供電電壓。此外，提供了電流匹配裝置，用于依據所述輸出端上的輸出電壓信號保持流經所述第三電阻的電流實質上等于流經所述第二電阻的電流，使得第一和第二支路之間的電流偏移能夠消除。這還避免在BALUN和隨后的混頻器之間使用隔直電容器，從而避免將附加損耗和相位誤差引入信號通道。
電流匹配裝置可包括電壓感測裝置，用于感測輸出端之間的電壓差，并給第二晶體管提供信號以調節流經該第二晶體管的電流。
所述電流感測裝置可包括差分放大器。
所述電路還可包括在所述在第二支路上連接所述第三電阻和所述第二晶體管的第二晶體管。
這提供了這樣的優點減少在第二晶體管的控制端(即基極或柵極)所見的Miller電容，還在第一和第二支路之間提供了較好的對稱，以及為第一和第三晶體管的發射極提供了相等的支路阻抗。
所述電路還包括可調節的電容器，所述電容器連接在所述第三晶體管的第一端和第一晶體管的第二端之間。
這提供了相位誤差可調節的優點。
所述電路還包括可調節電容器，所述電容器連接在所述第一晶體管的第一端和所述第三晶體管的第二端之間。
現在參考附圖僅作為示例且無限制意義地描述本發明的優選實施例，在附圖中圖1是現有技術的BALUN電路的電路圖；圖2是本發明的第一實施例的BALUN電路的電路圖；以及圖3是本發明的第二實施例的BALUN電路的電路圖。
具體實施例方式
參考圖2，用于從連接到天線(未示出)的低噪聲放大器22(LNA)接收單端射頻輸出信號的BALUN電路20，具有第一支路，具有通過輸入端24和電阻器R128連接到雙極晶體管Q1的發射極的電流源Io。晶體管Q1的集電極通過輸出端OUT+和電阻器RL連接到電壓供電軌VCC。BALUN電路的第二支路具有晶體管Q2，所述晶體管的集電極通過輸出端OUT-和電阻RL連接到電壓供電軌VCC，并且所述晶體管的發射極連接到晶體管Q3的集電極。晶體管Q3的發射極通過電阻器R130接地。
輸出端OUT+、OUT-的電壓由運算放大器26的的輸入端感測，放大器的輸出信號通過電阻器Rb施加于晶體管Q1、Q2的基極，并通過分壓網絡R2、R3施加于晶體管Q3的基極。輸入電容器CIN從輸入端為晶體管Q3的基極偏壓去耦。晶體管Q1的基極通過電容器C2連接到晶體管Q2的發射極，并且晶體管Q2的基極通過可變電容器C1連接到發送機Q1的發射極。
現在將描述圖2的BALUN電路20的工作過程。
電流源Io通過晶體管Q1提供電流并將晶體管Q1的電流偏置到寬帶操作和低失真所需的電流。運算放大器26感測兩個支路之間的偏移電壓，所述偏移電壓取決于兩個支路之間的偏移電流，并且運算放大器26將其輸出施加于晶體管Q3的基極，以得到流經晶體管Q2和Q3的電流與電流Io匹配的結果。一旦選定電流Io，總電流是自偏壓的，即在輸出端確保零偏移。因此，可避免BALUN 20和之后的混頻器級(未示出)之間的隔直電容，因此避免了在信號通道引入附加損耗和相位誤差。
施加于LNA 22的輸入端24的單端射頻輸入信號在電阻器R128上產生電流信號，因此通過晶體管Q2和Q3提供了匹配電流信號，以在輸出端OUT+、OUT-提供平衡電壓信號。晶體管Q1和Q3的基極-射極的電壓和為常數，給出Q1和Q3的電流的常數產物(constantproduct)。
為得到從低噪聲放大器22到BALUN 20的最大功率轉移，電阻器R128提供了適當的輸入電阻。同時，有助于晶體管Q1和Q3的匹配。晶體管Q2降低了在晶體管Q3的基極上觀察到的Miller電容，并提高了混頻器(未示出)和低噪聲放大器22之間的獨立性。晶體管Q2還在電路的兩個支路之間提供了更好的對稱，并在晶體管Q1和Q2的發射極上提供相等的支路阻抗。
電容器C1、C2提供用于調節兩個反相輸出的相位誤差的裝置。如果調節C1，反相操作可擴展到更大的頻率范圍，以輸出端的(通常可接受的)相位誤差為代價。為此，帶有PMOS輸入的COMS運算放大器26是合適的放大器。
參考圖3，其中與圖2的實施例相同的部分由類似的附圖標記表示，但只能到100，圖3示出了圖2的BALUN電路的MOS版本。在MOS BALUN 120的情況下，輸入端124和圖2的晶體管Q3的基極之間不需要等同的輸入電容器Cin。
本領域的技術人員將認識到上述實施例僅作為示例描述，而并非限制意義的，此外在不偏離所附權利要求限定的本發明的范圍的前提下，可進行一些變化和修改。
權利要求
1.一種不平衡/平衡變換器電路，用于在輸入端接收單端輸入信號并在一對輸出端上提供差分輸出信號，所述電路包括-第一支路，包括用于接收單端輸入電壓信號(RFin)的輸入端、第一晶體管(Q1)、連接在所述輸入端和所述第一晶體管的第一端之間以提供流經所述第一晶體管的電流信號的第一電阻(R1)、連接到所述第一晶體管的第二端用于提供電壓輸出信號的第二電阻(RL)、以及輸出端(OUT+)；-第二支路，包括至少一個第二晶體管(Q3)、用于提供取決于流經所述第二晶體管的電流信號的輸出信號的第三電阻(RL)、以及輸出端(OUT-)；以及-電流匹配裝置，用于根據所述輸出端上的輸出電壓，將流經所述第三電阻的電流保持為實質上等于流經所述第二電阻的電流。
2.如權利要求1所述的電路，其中，電流匹配裝置包括電壓感測裝置，所述電壓感測裝置用于感測輸出端之間的電壓差以及給第二晶體管提供信號以便調節流經第二晶體管的電流。
3.如權利要求2所述的電路，其中，電流感測裝置包括差分放大器。
4.如權利要求1所述的電路，還包括在所述第二支路中連接于所述第三電阻和所述第二晶體管之間的第三晶體管(Q2)。
5.如權利要求4所述的電路，還包括可調電容器(C1)，所述可調電容器連接于所述第三晶體管的第一端和第一晶體管的第二端之間。
6.如權利要求4所述的電路，還包括可調電容器，所述可調電容器連接于所述第一晶體管的第一端和第三晶體管的第二端之間。
全文摘要
公開了一種用于在輸入端(24)接收單端輸入信號并在一對輸出端上(OUT+，OUT－)提供差分輸出信號的低壓工作的BALUN電路(20)。所述BALUN電路(20)包括第一支路，所述第一支路包括用于接收單端輸入電壓信號(RFin)的輸入端(24)、晶體管(Q1)；電阻(RL)(28)、電阻(RL)、以及輸出端(OUT+)。第二支路包括晶體管(Q3)、電阻(RL)、以及輸出端(OUT－)。依據輸出端(OUT+，OUT－)上的輸出電壓信號，運算放大器(26)保持流過第一和第二支路的電阻RL的電流實質上相等。
文檔編號H03D7/14GK101091306SQ200580040398
公開日2007年12月19日 申請日期2005年11月24日 優先權日2004年11月26日
發明者米哈伊·A·T·森杜萊亞努, 愛德華·F·斯蒂克沃羅特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司