本發(fā)明屬于射頻微波集成電路設(shè)計領(lǐng)域，具體為一種具有超寬帶瞬時帶寬的單邊帶時間調(diào)制器。

背景技術(shù)：

1、相控陣在雷達(dá)、無線通信和電子偵察系統(tǒng)中都發(fā)揮著重要的作用，寬帶、低復(fù)雜度的幅度相位控制對于相控陣系統(tǒng)至關(guān)重要。時間調(diào)制技術(shù)是對開關(guān)單元進(jìn)行周期性的高速調(diào)制以實現(xiàn)對射頻信號幅度和相位的控制，這一技術(shù)為傳統(tǒng)的移相器和衰減器提供了可行的替代方案，時間調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為實現(xiàn)寬帶和精確幅相控制的主要方法，時間調(diào)制器是時調(diào)天線陣列中最重要的元件，它主要由射頻調(diào)制電路以及其控制器單元組成。

2、早期的時間調(diào)制模塊通常存在效率低的問題，受限于關(guān)斷狀態(tài)下的信號未得到調(diào)制以及模塊間的傳導(dǎo)、輻射損耗等因素，使用單刀單擲開關(guān)的基本時間調(diào)制器僅能實現(xiàn)20％左右的+1次諧波效率。為了提高諧波效率雙邊帶時間調(diào)制和單邊帶時間調(diào)制技術(shù)相繼被提出，通過應(yīng)用雙邊帶時間調(diào)制技術(shù)，射頻信號的基波分量以及2k(k∈z)次諧波分量被抑制，+1次諧波效率被提升至40％；為了進(jìn)一步提高+1次諧波分量的比例，單邊帶時間調(diào)制技術(shù)得到應(yīng)用，僅保留了射頻信號的8k+1次諧波分量，+1次諧波效率因此提高到90％以上，而單邊帶時間調(diào)制器得到了更為廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)有的單邊帶時間調(diào)制器中，其調(diào)制頻率fp通常被設(shè)置為100khz或1mhz，4fp或8fp的瞬時帶寬可以被輕易實現(xiàn)，但受限于低調(diào)制頻率fp，這些單邊帶時間調(diào)制器難以實現(xiàn)寬帶的瞬時帶寬，并且在8k+1次諧波之外的諧波分量并未得到完全抑制，在8fp的瞬時帶寬之內(nèi)仍會存在非期望的諧波分量，這會對諧波效率以及電路效率帶來負(fù)面影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種具有超寬帶瞬時帶寬的單邊帶時間調(diào)制器，解決時間調(diào)制器的低調(diào)制頻率問題，在低功耗和低成本的前提下，顯著提高了調(diào)制頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)超寬帶瞬時帶寬、恒定輸入阻抗和高正一次諧波效率等性能，適用于高頻以及寬帶的通信應(yīng)用。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種具有超寬帶瞬時帶寬的單邊帶時間調(diào)制器，包括：正交發(fā)生單元1、i路調(diào)制單元2、q路調(diào)制單元3、時序控制單元4、輸出緩沖單元5，差分射頻輸入信號rfin+和rfin-通過正交發(fā)生單元1后輸出正交差分信號，正交發(fā)生單元1的輸出端分別連接i路調(diào)制單元和q路調(diào)制單元的差分輸入端，正交差分信號分別被輸入至i路調(diào)制單元和q路調(diào)制單元中進(jìn)行矢量調(diào)制，其中，i路信號通過i路調(diào)制單元2后輸出相位0°/180°的調(diào)制信號，q路信號通過q路調(diào)制單元3后輸出相位90°/270°的調(diào)制信號，i路調(diào)制單元和q路調(diào)制單元的輸出端連接輸出緩沖單元5的輸入端。

3、優(yōu)選地，所述i路調(diào)制單元2和q路調(diào)制單元3結(jié)構(gòu)相同，均包括4個晶體管陣列，每一個晶體管陣列包括2n-2種不同柵寬的晶體管，由n-1階階梯信號等效的正余弦信號實現(xiàn)矢量調(diào)制，n為調(diào)制器的位數(shù)。

4、優(yōu)選地，2n-2種晶體管的柵寬分別為：

5、

6、式中，m＝0、1……2n-2-2、2n-2-1。

7、優(yōu)選地，n為3。

8、優(yōu)選地，所述i路調(diào)制單元2包括電容c0、電容c1、nmos管m0、nmos管m1、nmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、nmos管m7、nmos管m8、nmos管m9、nmos管m10、nmos管m11、nmos管m12、nmos管m13、nmos管m14、nmos管m15、nmos管m16、nmos管m17、nmos管m18、nmos管m19，正交發(fā)生單元1輸出的i路差分信號分別連接i路調(diào)制單元2中的電容c0和電容c1的一端，電容c0和電容c1的另一端分別連接nmos管m0和nmos管m1的柵極，nmos管m0和nmos管m1的源極接地，nmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、nmos管m7、nmos管m8、nmos管m9、nmos管m10、nmos管m11的源極連接nmos管m0的漏極，nmos管m12、nmos管m13、nmos管m14、nmos管m15、nmos管m16、nmos管m17、nmos管m18、nmos管m19的源極連接nmos管m1的漏極；nmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、nmos管m7、nmos管m12、nmos管m13、nmos管m14、nmos管m15的漏極連接i路調(diào)制單元2的正輸出端，nmos管m8、nmos管m9、nmos管m10、nmos管m11、nmos管m16、nmos管m17、nmos管m18、nmos管m19的漏極連接i路調(diào)制單元2的負(fù)輸出端。

9、優(yōu)選地，nmos管m0、nmos管m1、nmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、nmos管m7、nmos管m8、nmos管m9、nmos管m10、nmos管m11、nmos管m12、nmos管m13、nmos管m14、nmos管m15、nmos管m16、nmos管m17、nmos管m18、nmos管m19柵極長度相等。

10、優(yōu)選地，所述q路調(diào)制單元3包括電容c2、電容c3、nmos管m2、nmos管m3、nmos管m20、nmos管m21、nmos管m22、nmos管m23、nmos管m24、nmos管m25、nmos管m26、nmos管m27、nmos管m28、nmos管m29、nmos管m30、nmos管m31、nmos管m32、nmos管m33、nmos管m34、nmos管m35，正交發(fā)生單元1輸出的q路差分信號分別連接q路調(diào)制單元3中的電容c2和電容c3的一端，電容c2和電容c3的另一端分別連接nmos管m2和nmos管m3的柵極，nmos管m2和nmos管m3的源極接地，nmos管m20、nmos管m21、nmos管m22、nmos管m23、nmos管m24、nmos管m25、nmos管m26、nmos管m27的源極連接nmos管m2的漏極，nmos管m28、nmos管m29、nmos管m30、nmos管m31、nmos管m32、nmos管m33、nmos管m34、nmos管m35的源極連接nmos管m3的漏極，nmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、nmos管m7、nmos管m12、nmos管m13、nmos管m14、nmos管m15的漏極連接i路調(diào)制單元2的正輸出端，nmos管m8、nmos管m9、nmos管m10、nmos管m11、nmos管m16、nmos管m17、nmos管m18、nmos管m19的漏極連接i路調(diào)制單元2的負(fù)輸出端。

11、優(yōu)選地，nmos管m2、nmos管m3、nmos管m20、nmos管m21、nmos管m22、nmos管m23、nmos管m24、nmos管m25、nmos管m26、nmos管m27、nmos管m28、nmos管m29、nmos管m30、nmos管m31、nmos管m32、nmos管m33、nmos管m34、nmos管m35的柵極長度相等。

12、優(yōu)選地，所述時序控制單元4中有2n個輸出端產(chǎn)生50％占空比的方波信號作為調(diào)制信號輸入至i路調(diào)制單元2和q路調(diào)制單元3的調(diào)制信號輸入端，周期為tp，從而使i路調(diào)制單元2在對輸入信號進(jìn)行矢量調(diào)制時的增益控制時序呈現(xiàn)正弦曲線的n-1級階梯型時序，使q路調(diào)制單元3在對輸入信號進(jìn)行矢量調(diào)制時的增益控制時序呈現(xiàn)余弦曲線的n-1級階梯型時序，使得時刻t2、t1、t'2和t'1滿足：t2-t1＝t'2-t'1＝tp/2和t1-t'1＝tp/4，其中t1和t'1分別表示i和q路徑的增益控制時序為正的時刻，t2和t'2分別是i和q路徑的增益控制時序為負(fù)的時刻，并使得歸一化增益為sin[π/(2n)]的脈寬τ1滿足：τ1＝(2n-1)tp/(4n)，歸一化增益為sin[π(n-1)/(2n)]的脈寬τn-1滿足：τn-1＝3tp/(4n)，歸一化增益為sin[πn/(2n)]的脈寬τn滿足：τn＝tp/(4n)。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：

14、(1)超寬帶瞬時帶寬。本發(fā)明在i路調(diào)制單元和q路調(diào)制單元中使用的有源晶體管在飽和區(qū)和截止區(qū)之間進(jìn)行切換，與無源器件相比，有源器件在切換工作區(qū)時電壓變化值更小，提高了開關(guān)速率，這有利于提高調(diào)制頻率；同時在調(diào)制單元中使用基于共源共柵的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，射頻信號從共源級晶體管輸入，調(diào)制信號從共柵級晶體管輸入，在調(diào)制信號輸入端的電容與偏置電路的電阻構(gòu)成了rc高通濾波器結(jié)構(gòu)，能夠容納高頻信號的通過，因此本專利所實現(xiàn)單邊帶時間調(diào)制器的可以將調(diào)制頻率提高至1ghz，遠(yuǎn)高于常見的1mhz調(diào)制頻率。

15、(2)恒定輸入阻抗。在調(diào)制單元中，使用3-bit占空比為50％的方波信號作為調(diào)制信號輸入以控制多個特定尺寸的mos管，在同一時刻，調(diào)制單元中處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管的總跨導(dǎo)值總是恒定的，因此對于該時間調(diào)制器的輸入阻抗總是恒定的。

16、(3)高邊帶抑制度。本發(fā)明基于單邊帶時間調(diào)制技術(shù)，使用2階階梯信號等效正弦/余弦信號，能夠完全抑制8k+1次邊帶以外的無用邊帶，同時對最大無用邊帶，既+9次邊帶和-7次邊帶能夠?qū)崿F(xiàn)17dbc的邊帶抑制度，提高了+1次邊帶效率。

17、(4)低功耗和低成本。本發(fā)明中的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔，僅使用電阻、電容和mos管等常見無源器件，并且未使用電感器件，能夠節(jié)省面積；本發(fā)明在分類上屬于笛卡爾矢量調(diào)制器，傳統(tǒng)的調(diào)制器結(jié)構(gòu)在除了帶寬相對較窄之外，還存在高功耗、低線性度等問題，在本發(fā)明中使用的基于吉爾伯特單元的有源結(jié)構(gòu)能夠有效改善這些不足。因此本發(fā)明的功耗和成本均得以降低。

18、(5)本發(fā)明在低功耗和低成本的前提下，顯著提高了調(diào)制頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)超寬帶的瞬時帶寬，在高頻以及寬帶通信應(yīng)用中具備優(yōu)勢。