專利名稱：有源分相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路。具體地說，本發(fā)明涉及用于運用有源器件產(chǎn)生等幅度但是不同相位的多個輸出信號的新穎和經(jīng)改進的分相器。
相關(guān)技術(shù)的描述分相器是產(chǎn)生等幅度但不同相位的多個輸出信號。在用于各種應(yīng)用的電子電路中廣泛使用分相器。特別是，一般在通信應(yīng)用中采用分相器。典型的應(yīng)用包括單邊帶調(diào)制器、圖像抑制(image-reject)混頻器和IQ調(diào)制器和解調(diào)器，諸如那些在四相移相鍵控(QPSK)或交錯正交相移鍵控(OQPSK)調(diào)制中用到的。這些應(yīng)用要求90°分相器，其中要求等幅但延遲相互相關(guān)的四分子一周期的兩個輸出信號(或者90°相位差)。對于分相器，重要的是輸出信號的相位之差或相位差。一般，與輸入信號相關(guān)的輸出信號的絕對相位是不重要的。對于理想的90°分相器，在從DC到無窮大(∝)Hz的所有頻率內(nèi)，幅度相應(yīng)和相位差響應(yīng)是平坦的。
可以實現(xiàn)分相器作為全通網(wǎng)絡(luò)的組合。全通網(wǎng)絡(luò)具有恒定或平坦幅度響應(yīng)，但是相位響應(yīng)隨著頻率而變化。兩個或多個全通網(wǎng)絡(luò)可以連接到一公共輸入，每個網(wǎng)絡(luò)具有不同的相位響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)的輸出是等幅而不同相位的信號一般，選擇網(wǎng)絡(luò)，從而在特定頻率或頻率范圍內(nèi)，輸出信號的相位差等于所需值。
運用如圖1A所示的單極RC全通網(wǎng)絡(luò)，可以設(shè)計無源分相器的簡單實施法。在無源分相器2中，放大器4提供操作反饋電路所需的倒相(inverting)增益(AV＝-1)。。電阻器Ra6和電容器Ca10提供輸入信號Vin(s)的第一相移，而且導致在電阻器6和電容器10之間的節(jié)點處的輸出信號Va(s)。在整個設(shè)計中，信號和傳遞函數(shù)是s的函數(shù)，其中s復數(shù)頻率(s＝j(luò)ω)。類似地，電阻器Rb8和電容器Cb12提供輸入信號Vin(s)的第二相移，而且導致輸出信號Vb(s)。輸出信號的傳遞函數(shù)Va(s)/Vin(s)和Vb(s)/Vin(s)具有相同增益，從而導致信號Va(s)和Vb(s)具有相等的幅度。然而，Va(s)和Vb(s)的相位是不同的，而且可如圖7所示繪制出相位差對頻率的曲線。該曲線示出在中心頻率ωo＝2π·130.8MHz處，在Va(s)和Vb(s)之間的相位差是90°。
典型地，輸出信號Va(s)和Vb(s)需要驅(qū)動系統(tǒng)中的另一個電路，它也被稱為負載。如果負載的阻抗是有限值的電阻，可以改變無源分相器2的響應(yīng)。需要變更無源分相器2來保持在兩個輸出信號之間的幅度和相位差的精確平衡。一個可行的變更是添加電阻器與Ca和Cb(圖1A未示出)串聯(lián)。另一方法，可以在驅(qū)動負載之前緩沖輸出信號。
以理想的形式，不考慮電路寄生效應(yīng)，這在任何電路中都是不可避免的，無源分相器的傳遞函數(shù)導致所需幅度和相位差響應(yīng)。然而，實際上，該電路具有幾個缺點。首先，無源分相器2呈現(xiàn)由于在電路存在電阻器6和8而導致的功率損耗。通常，通過添加額外增益級來補償功率損耗，它增加了系統(tǒng)的復雜度和功率損耗。其次，無源分相器2呈現(xiàn)由于在電阻器6和8中的熱噪聲引起的噪聲指數(shù)衰減。第三，無源分相器2的傳遞函數(shù)對于負載阻抗敏感。此外，對于在不同電路中負載阻抗的變化的靈敏度可以使它很難設(shè)計用于更差情況下的無源分相器2。第四，在特定頻率下無源分相器2的輸出之間的相位差依賴于電阻器6和8的絕對值。絕對值依賴于過程和溫度變化導致相位差。本發(fā)明提出利用有源分相器解決這些問題。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種利用有源器件產(chǎn)生具有等幅但不同相位的多個信號的新穎和經(jīng)改進的電路。有源器件可以是雙極連結(jié)晶體管(BJT)、異質(zhì)雙極晶體管(HBT)、金屬氧化物半導體場效應(yīng)管(MOSFET)、砷化稼場效應(yīng)管(GaAsFET)、P信道器件或其它有源半導體器件。本發(fā)明的有源分相器包括兩個或多個相移電路。每個相移電路包括多個有源器件和至少一個電抗部分(例如，電容器)。對于單極有源分相器，在每個相移電路內(nèi)，兩個有源器件構(gòu)成級聯(lián)放大器。其第一有源器件構(gòu)成共源極放大器，并在柵極接收輸入信號。第二有源器件構(gòu)成共柵極放大器，而且將它的源極連到第一有源器件的漏極。第一有源器件的柵，源之間有一電容器相聯(lián)以產(chǎn)生相移電路的所需的極點-零點對。通過電容器和第一有源器件的組合，產(chǎn)生零點，通過電容器和第二有源器件的組合產(chǎn)生極點。第二有源器件還提供電壓-電流轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生在電流模式下的輸出信號。
本發(fā)明的目的在于運用有源器件和電抗部分(例如，電容器)提供有源分相器來獲得平衡的幅度和相位差響應(yīng)。在電路中沒有電阻器改進了噪聲指數(shù)，而且使本發(fā)明的有源分相器的功率效率超出現(xiàn)有技術(shù)的無源分相器。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供帶有電壓-電流轉(zhuǎn)換功能的有源分相器。這種功能允許將有源分相器用作有源電路的轉(zhuǎn)換器(transconverter)。于是，不需要任何額外的有源器件，而且可由與轉(zhuǎn)換器相關(guān)的有源電路重新有效地使用DC偏壓電流。
本發(fā)明的又一個目的在于，提供帶有傳遞功能的有源分相器，它對負載阻抗更不敏感。有源分相器利用連接在級聯(lián)結(jié)構(gòu)中的有源器件來使輸入和內(nèi)部節(jié)點與外部負載絕緣。
本發(fā)明的又一個目的在于，提供具有兩個或多個極點的有源分相器。更多極點增加有源分相器的操作頻率范圍。


結(jié)合附圖，從項目的詳細描述中，本發(fā)明的特性、目的和優(yōu)點將顯而易見，其中相同標號作相應(yīng)的表示。
圖1A-1B分別是沒有和帶有負載電阻器的現(xiàn)有技術(shù)的無源分相器的示意圖；圖2是本發(fā)明的單極有源分相器的示例示意圖；圖3是有源器件的寄生電容和示出電阻的單極有源分相器的小信號模型的示意圖；圖4是補償?shù)膯螛O有源分相器的示例示意圖；圖5是雙極有源分相器的示例示意圖；圖6是利用本發(fā)明的有源分相器的示例應(yīng)用電路的示意圖；圖7是以ωo＝2π·130.8MHz為中心的單極分相器的示例相位差響應(yīng)；和圖8是以ωo＝2π·120MHz為中心的雙極有源分相器的示例相位差響應(yīng)。
較佳實施例的詳細描述可實施分相器作為全通網(wǎng)絡(luò)的組合?？梢砸话阈问降貙⑷ňW(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)表示如下T(s)=AN1(s)N2(s),------(1)]]>其中，s是復數(shù)頻率，A是DC增益，和N1(s)＝N2(-s)。傳遞函數(shù)T(s)可在s平面的左半平面上包含多個極點，以及在右半平面上有相等數(shù)量的零點。對于全通網(wǎng)絡(luò)，零點與極點關(guān)于jω(s＝0)軸對稱，導致電路增益A通過全通網(wǎng)絡(luò)。
參照附圖，圖1A示出現(xiàn)有技術(shù)的示例單極無源分相器。對于無限負載阻抗的輸出信號Va(s)和Vb(s)對輸入信號Vin(s)的傳遞函數(shù)可表示如下Ta(s)=1-sTaCa1+sRaCa]]>和Tb(s)=1+sRbCb1+sRbCb,------(2)]]>其中，Ta(s)＝Va(s)/Vin(s)和Tb(s)＝Vb(s)/Vin(s)。為了在頻率ωo處獲得在Va(s)和Vb(s)之間的90°相位差，外部元件需要滿足下列條件RaCa=2+1ωo]]>和TbCb=2-1ωo.------(3)]]>當滿足等式(3)的條件時，如圖7所示，描繪輸出信號Va(s)和Vb(s)的相位之差(或相位差)對頻率的曲線。在理想的無源分相器中，沒有考慮到電路寄生，輸出信號的幅度是相等的。
在實際情況下，由一些有限阻抗負載無源分相器2。這個負載阻抗改變無源分相器2的傳遞函數(shù)。為了保持全通響應(yīng)，需要有額外的無源元件。例如，如果負載阻抗為純電阻，則通過將分路電容器加到無源分相器2的輸出端可以獲得全通網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)。圖1B示出帶有電阻負載RL24和28的經(jīng)改變無源分相器32?？蓪o源分相器32的傳遞函數(shù)表示如下Ta(s)=Aa•1-sRaCa1+sRa(Ca+Cca)Aa]]>和Tb(s)=Ab•1+sRbCb1+sRb(Cb+Ccb)Ab,(4)]]>其中，Aa=RLRL+Ra]]>和Ab=RLRL+Rb]]>。對于使等式(4)所示的傳遞函數(shù)對等幅響應(yīng)全通，需要滿足下列條件Ra＝Rb＝R，Cca=CaRRL,]]>和Cca=CbRRL.-----(5)]]>無源分相器32呈現(xiàn)

的幅度損耗。此外，負載電阻RL24和28的變化改變傳遞函數(shù)的幅度和相位響應(yīng)。結(jié)果，Va(s)和Vb(s)的幅度變得不相等(幅度失衡)，而且它們的相位差偏離理想值(相位失衡)。
在無源分相器中用到的電阻器還產(chǎn)生熱噪聲，其中所述熱噪聲被加到在負載中產(chǎn)生的全部噪聲中。這種噪聲功率的增加導致了系統(tǒng)噪聲性能的衰減。
I.單極有源分相器圖2示出本發(fā)明的單極有源分相器的示例示意圖。有源分相器100包括兩個或多個相移電路110。每個相移電路110接收輸入信號Vin(s)并產(chǎn)生輸出信號Ia(s)和Ib(s)，它們是電流模式信號。選擇相移電路110的元件，從而輸出信號的幅度相等，但是在特定頻率下輸出信號的相位差是所需值。
在每個相移電路110中，有源器件112和114對和電容器116產(chǎn)生所需傳遞函數(shù)。在示例實施例中，有源器件112和114(112)可由雙極連結(jié)晶體管(bipolar-junction transistor)(BJT)、異質(zhì)雙極晶體管(heterojunction-bipolar-transistor)(HBT)、金屬氧化物半導體場效應(yīng)管(MOSFET)、砷化稼場效應(yīng)管(GaAsFET)、P通道器件或其它全通有源半導體器件構(gòu)成。運用MOSFET描述本發(fā)明，而且參考MOSFET中固有的特性，特別是柵極、源極和漏極。對于運用BJT的實施，分別用BJT的基極、發(fā)射級和集電極代替MOSFET的柵極、源極和漏極。
將有源器件112的源極與有源器件114的漏極相連。將有源器件的柵極偏壓至DC電壓并通過旁路電容器(在圖2中未示出)旁路接地。于是，將有源器件112的柵極有效地連接到AC地(或接地)以便于AC分析。電容器116跨接有源器件114的柵極和漏極。將有源器件114的源極接地，而將有源器件114的柵極連接輸入信號Vin(s)。最后，有源器件112的漏極是相移電路110的輸出。每個相移電路110的電路拓撲是理想的，而且只有電容器116的值和有源器件112和114的跨導是不同的。
可將相移電路110從輸入信號Vin(s)到電流輸出信號Ia(s)和Ib(s)的傳遞函數(shù)表示如下Tia(s)=g2•1-sCag21+sCag1]]>和Tib(s)=g2•1-sCbg21+sCbg1,------(6)]]>其中g(shù)1是有源器件112的跨導，g2是有源器件114的跨導，Ca是電容器116a的電容和Cb是電容器116b的電容。在示例實施例中，有源器件112a和112b的跨導g1是相同的以簡化等式(6)的計算和有源分相器100的設(shè)計。類似地，有源器件114a和114b的跨導g2是相同的。根據(jù)在集成電路設(shè)計的現(xiàn)有技術(shù)中已知的技術(shù)，匹配有源器件的幾何學和仔細地布局電路，可以獲得保持對于多個有源器件的理想跨導。
本發(fā)明的有源分相器100的簡化功能電路描述如下。在相移電路110a中，有源器件112a和114a構(gòu)成級聯(lián)放大器。有源器件114a構(gòu)成共源極放大器?？邕^有源器件114a的柵極和漏極連接電容器116a以在輸出Ia(s)處的相移電路110a產(chǎn)生所需極-零對。通過有源器件114a和電容器116a，極點在DC處和零點在s＝g2/Ca處。有源器件112a構(gòu)成共柵極放大器并連到有源器件114a的輸出或漏極。通過添加有源器件112a，極點被推到s＝-g1/Ca，而不影響零點位置，導致所需的傳遞函數(shù)。
注意，當跨導g1≠g2時，極點和零點不相對于jω軸對稱。因此，在輸出Ia(s)處的幅度響應(yīng)隨著頻率而變化。通過使跨導g1＝g2＝g，可以容易地獲得全通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。全通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)消除幅度隨著頻率的變化，而且使對于輸出Ia(s)和Ib(s)的幅度響應(yīng)相等。在本發(fā)明中，選擇電容器116a和116b獲得在特定頻率處在輸出Ia(s)和Ib(s)之間的所需相位差。有源器件112a還將輸入和內(nèi)部節(jié)點與負載隔離，并使傳遞函數(shù)對負載響應(yīng)的靈敏度減至最小。
有源器件112的跨導g1和有源器件114的跨導g2無需相等來獲得在特定頻率下的所需相位差。然而，保持g1＝g2提供與等式(2)類似的全通網(wǎng)絡(luò)和幅度平衡。參照等式(6)，如果滿足下列條件，那么在ωo處獲得的兩個輸出信號Ia(s)和Ib(s)之間的90°相位差Cag=2+1ωo]]>和Cbg=2-1ωo.------(7)]]>如果滿足在等式(7)中的條件，對于單極有源分相器110的相位差響應(yīng)對頻率與如圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)的無源分相器相等。在示例實施例中，為了獲得在中央頻率ωo＝2π·130.8MHz處的輸出信號的90°的相位差，對于電容器Ca116a的值是9.05pF，電容器Cb116b是1.55pF，而且跨導g1＝g2＝3.08×10-3mhos。示出這些值只為了說明而已。在原理上，通過電容和跨導值的多種組合可以獲得在中央頻率ωo處的90°相位差。本發(fā)明旨于運用所有范圍內(nèi)的電容和導納值。
如果有源分相器100的輸出與帶有電阻輸入阻抗RL的一些負載相連，那么在負載兩端的電壓的傳遞函數(shù)變成Ta(s)=gRL•1-sCag1+sCag]]>和Tb(s)=gRL•1-sCbg1+sCbg,------(8)]]>如等式(8)所示，負載阻抗不影響在輸出電壓之間的幅度和相位關(guān)系。此外，如果選擇跨導g大于1/RL，那么有源分相器100顯示一些電壓增益。
有源分相器100將輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電流的能力允許將它用作有源電路的轉(zhuǎn)換器?？蓪⒂性捶窒嗥?00用作任何有源電路部分。在這種情況下，不需要任何額外有源器件來實施轉(zhuǎn)換功能。于是，在有源電路的噪聲性能中沒有任何衰減。此外，由于有源電路的全通組成塊重新使用有源分相器100的DC偏流，所以只是最少量地增加整個功率損耗。
在特定頻率處有源分相器100的輸出之間的相位差與跨導g的絕對值相對應(yīng)。跨導是過程參數(shù)、溫度和有源器件的偏壓點的函數(shù)?？蓪ζ珘旱囊蕾囉脕硌a償g中的過程和溫度變化，以及，在有源分相器100的輸出之間的相位差。在現(xiàn)有技術(shù)中已知設(shè)計偏壓電路的技術(shù)，其中偏壓電路自動調(diào)節(jié)有源器件的偏壓點以保持固定跨導。一個例子是對于BJT的PTAT偏流。
在圖3中示出有源分相器100的簡化模型。在相移電路120a中，分別用具有傳遞函數(shù)Ia＝g1·Va和Ib＝g1·Vb的從屬(dependent)電流源建模有源器件112a和112b。類似地，利用分別具有傳遞函數(shù)Ia2＝g2·Vin和Ib2＝g2·Vin的從屬電流源建模有源器件114a和114b。在圖3中的電容器126代表在圖2中的電容器2，而且具有相同值。
對于沒有有源器件寄生和電路寄生的理想有源分相器計算等式(6)。然而，由有源器件112和114的寄生電容和有限輸出電阻影響有源分相器100的幅度和相位差平衡。有源器件112的輸出電阻使負電荷相位平衡依賴于負載阻抗。有源器件112和114的寄生電容包括通過電容器Cgs134建模的從有源器件112的柵極到源極的寄生電容、通過電容器Csb136建模的從有源器件112的源極到電路整體(bulk)或基板(substrate)的寄生電容、通過Cgd128建模的從有源器件114的柵極到它的漏極的寄生電容和通過電容器Cdb138建模的從有源器件114的漏極到整體的寄生電容。由于有源器件112的柵極是AC接地，所以電容器Cgs134一端接地以便于AC分析?？蓪㈦娐返恼w或基板表示為地。
由用于有源器件112的電阻器130和用于有源器件114的電阻器132表示有源器件112和114的輸出電阻Rds?？墒境鋈绻撦d阻抗大大小于有源器件112的輸出阻抗130，那么可以忽略在負載阻抗上的幅度和相位平衡的依賴性。
可以補償有源器件112和114的輸出電阻對幅度和相位平衡的影響。在圖4中示出經(jīng)補償?shù)膯螛O有源分相器100的示意圖。圖4的補償有源分相器102與圖2的有源分相器100相同，除了將補償電容器158加到圖4中的電路來使由有源器件的輸出電阻Rds所致的幅度和相位失衡減至最小。將電容器Cca158a連接在有源器件154a的漏極和地之間。為了使幅度和相位失衡減至最小，選擇電容器Cca158a和Ccb158b，從而滿足下列條件g1g2+1g2Rds1+1g2Rds2=1+Cca+CpCa+Cgd2a]]>和g1g2+1g2Rds1+1g2Rds2=1+Ccb+CpCb+Cgd2b,(9)]]>其中，Cp是在輸出節(jié)點Va和Vb處的全部寄生電容，其中可將Cp表示成Cp＝Cgs1+Csb1+Cdb2(參見圖3)。
在本發(fā)明中，較佳的是，使有源分相器的輸出平衡。在一些應(yīng)用中，幅度平衡不是關(guān)鍵的。例如，如果將輸出信號用于驅(qū)動開關(guān)或混頻器，那么幅度平衡不是很重要的。對于這些應(yīng)用，幅度失衡為5％或者更多，可能是可接受的。因此，如在本發(fā)明中用到的術(shù)語幅度平衡和等幅是指采用有源分相器的應(yīng)用中所需的幅度平衡量。
雖然在小信號模型和AC分析中沒有重要的考慮因素，但是需要將在有源分相器102內(nèi)的有源器件偏壓至適當?shù)腄C電壓以進行適當?shù)牟僮?。最佳DC偏壓點依賴于有源器件的類型、制造工藝、操作頻率、所需動態(tài)范圍和熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員一般可考慮到的其它因素。此外，可將在現(xiàn)有技術(shù)中已知的特殊偏壓技術(shù)用于偏壓有源器件來提供獨立于溫度的性能。例如，對于運用雙極晶體管來實現(xiàn)的分相器，可與絕對溫度(PTAT)偏壓電路成正比的偏壓晶體管。PTAT電路提供在溫度范圍內(nèi)的恒定(或固定)跨導，而且固定跨導使得有源分相器的傳遞函數(shù)對溫度不靈敏。
一般，結(jié)合其它應(yīng)用電路使用本發(fā)明的有源分相器。例如，可將有源分相器與Gilbert單元乘法器(cell multiplier)相結(jié)合以形成單邊帶調(diào)制器。在多種應(yīng)用中，可將有源分相器集成為應(yīng)用電路以節(jié)省功率消耗和電路衰耗區(qū)域(diearea)。應(yīng)用電路的偏壓電路可與有源分相器共享。此外，可將有源分相器的Ia(s)和Ib(s)與應(yīng)用電路的高阻抗節(jié)點相連以形成增益級。
如上所述，可用除了如圖4所示的MOSFET以外的其它類型的有源器件實施如圖4所示的有源分相器102。例如，運用BJT晶體管實施有源分相器102。對于BJT晶體管，可以選擇晶體管的跨導gm，并計算為gm＝IC/VT，其中IC是集電極電流，而VT是熱電壓，在室溫(27℃)下可近似為26mV。有源器件可包含單個或多個晶體管，諸如Darlington晶體管或級聯(lián)晶體管。有源器件還可包含無源元件，諸如在簡化(degenerated)晶體管中的電阻器。
II.雙極分相器可將本發(fā)明的有源分相器的原理擴展至構(gòu)成具有兩個或更多極點的有源分相器。更多極點改善了在輸出信號之間的相位差的頻率響應(yīng)，并允許有源分相器在更寬的頻率范圍內(nèi)進行操作。
圖5示出雙極有源分相器的示意圖。有源分相器104由兩個相移電路200a和200b。每個相移電路200接受輸入信號并產(chǎn)生輸出信號，與圖4中的單極有源分相器102相似。再次，選擇相移電路200的元件，從而輸出信號的幅度相等，但是在特定頻率下輸出信號的相位是所需值。
在每個相移電路200中，四個有源器件202、204、206和208和兩個電容器210和212產(chǎn)生所需傳遞函數(shù)。將有源器件202的源極連接到有源器件204的漏極。類似地的，將有源器件206的源極連接到有源器件208的漏極。將有源器件202和206的柵極偏壓至DC電壓，而且通過旁通電容器(圖5未示出)旁通接地。于是，將有源器件202和206的柵極有效地連接到AC接地(或直接接地)以便于AC分析。將有源器件204和208的源極連到地。電容器210跨接有源器件204的柵極和漏極，而且將電容器212連到有源器件208的漏極和接地。將有源器件204的柵極連接輸入信號Vin(s)。有源器件208的柵極連到有源器件204的漏極。最后，連接有源器件202和206的漏極，而且包括相移電路200的輸出。每個相移電路200的電路拓撲是相等，而且只是電容器210和212的值以及有源器件202、204、206和208的跨導是不同的。
為了簡化傳遞函數(shù)的計算，可將所有有源器件的跨導設(shè)為g。這個限制導致二階全通網(wǎng)絡(luò)帶有下列傳遞函數(shù)Tia(s)=-gs2-ω0aQ0a+ω0a2s2+ω0aQ0a+ω0a2]]>和Tib(s)=-gs2-ω0bQ0b+ω0b2s2+ω0bQ0b+ω0b2,-----(10)]]>其中ω0a=2gCa1Ca2]]>ω0b=2gCb1Cb2]]>Q0a=1Ca22Ca1+2Ca1Ca2]]>Q0b=1Cb22Cb1+2Cb1Cb2(11)]]>以輸出電流在整個輸入電壓范圍內(nèi)的形式表示相移電路200的傳遞函數(shù)。于是，Tia(s)＝Ia(s)/Vin(s)和Tib(s)＝Ib(s)/Vin(s)。圖8示出在Q0a＝Q0b＝0.304，ωoa＝2π·120×106/1.891和ωob＝2π·120×106·1.891的情況下，在輸出信號Ia(s)和Ib(s)之間的相位差對頻率的示例響應(yīng)。
雙極有源分相器104的主要優(yōu)點是具有比單極有源分相器102寬得多的帶寬。通過將如圖8所示的相位差響應(yīng)與如圖7所示的響應(yīng)相比較，可以獲得這。然而，雙極有源分相器104具有一個缺點，那就是，它比單極有源分相器102更低的功率效率。參照等式(10)，注意，對于單極有源分相器102，在DC處的增益等于-g。從等式(6)，對于單極有源分相器102，DC增益是g2或g。在雙極有源分相器104內(nèi)的每個相移電路200包括兩個電流路徑，一個通過有源器件202和一個通過有源器件206。相反，在單極有源分相器102內(nèi)的每個相移電路150包括通過有源器件152的一個電流路徑，(參見圖4)。于是，在雙極有源分相器104內(nèi)的每個相移電路200中流去多于在單極有源分相器102內(nèi)的每個相移電路150的電源。
雖然沒有在本發(fā)明中特定描述，但是對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，將本發(fā)明的原理擴展到具有三個或多個極點的有源分相器是顯而易見的。因此，具有三個或多個極點的有源分相器是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
III.示例應(yīng)用電路雖然示出在本發(fā)明中的有源分相器作為單端電路，但是通過實施具有不同電路的有源分相器，可以獲得經(jīng)改進的性能。例如，可用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的差分放大器代替構(gòu)成共源放大器的輸入有源器件154a和154b(參見圖4)。將到差分放大器的輸入連到差分輸入信號，或者如果輸入是單端的，那么可將到差分放大器的一個輸入連到單端輸入信號，而且可將到差分放大器的另一個輸入AC接地。
圖6示出利用運用MOSFET差分對實施的有源分相器的示例應(yīng)用電路。有源電路230是單邊帶調(diào)制器，它包括兩個相移電路240和兩個負載電阻器264。在每個相移電路240內(nèi)，在共源結(jié)構(gòu)中連接有源器件242和244，而且通過電流源260偏置。有源器件242和244包括由輸入信號Vin(s)驅(qū)動的差分對。以共柵極的結(jié)構(gòu)連接有源器件250和252以及有源器件254和256。分別在有源器件242和244的柵極和漏極之間連接的電容器246和248產(chǎn)生有源分相器的全通響應(yīng)的極點-零點對。
如果有源器件250、252、254和256的柵極偏壓電壓隨著本機振蕩器(LO)頻率變化，那么相移電路240a和240b作為4象限乘法器。此外，如果LO信號VLOa和VLOb偏離90°，而且如圖6所示交叉耦合相移電路240a和240b，有源電路230作為單邊帶調(diào)制器。
這個應(yīng)用還示出如何可將有源分相器用作有源電路的構(gòu)成塊(buildingblock)，其中在該示例實施例中，它是單邊帶調(diào)制器。還可在LO緩沖器中使用有源分相器，來產(chǎn)生LO驅(qū)動信號，它們偏離90°。在單邊帶調(diào)制器、IQ調(diào)制器和解調(diào)器和圖像抑制混頻器中采用這樣的LO緩沖器。還可在熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員已知的其它應(yīng)用中并在本發(fā)明的范圍內(nèi)采用分相器。
提供較佳實施例的前面描述來使得熟悉本技術(shù)的任何人員能夠進行或運用本發(fā)明。對于熟悉本技術(shù)的人員，對這些實施例的各種變更是顯而易見的，而且可將這里限定的一般原理用于其它實施例，而不必進行創(chuàng)造性勞動。于是，本發(fā)明并不旨于限于這里所示的實施例，而是根據(jù)與這里所接受的原理和新穎性一致的最寬范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于提供具有等幅但不同相位的輸出信號的電路，其特征在于，包括a.具有第一輸入并產(chǎn)生第一輸出的第一相移電路；b.具有第二輸入并產(chǎn)生第二輸出的第二相移電路；其中，將所述第一輸入和所述第二輸入連到輸入信號，而且所述第一輸出和所述第二輸出具有等幅但不同相位。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，每個所述相移電路包括具有第一柵極、第一源極和第一漏極的第一有源器件，所述第一有源器件構(gòu)成共源極放大器，所述第一源極接地，所述柵極接收所述輸入信號；跨接所述第一柵極和所述第一漏極的電容器；和具有第二柵極、第二源極和第二漏極的第二有源器件，所述第二有源器件構(gòu)成共柵極放大器，所述第二柵極連到AC地，所述第二源極連到所述第一漏極，所述第二漏極包括所述相移電路的所述輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，從包含雙極連結(jié)晶體管、異質(zhì)雙極晶體管、MOSFET、GaAsFET和P通道器件的組中選擇所述有源器件。
4.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，每個所述有源器件具有跨導，而且對于在特定頻率下在所述第一輸出和所述第二輸出之間的90度相位差，選擇所述電容器和所述跨導。
5.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，每個所述相移電路還包括跨接所述第一漏極和地的補償電容器；其中選擇所述補償電容器來獲得在所述第一輸出和所述第二輸出之間的幅度平衡。
6.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，每個所述有源器件具有跨導，對于所有相移電路的所述第一有源器件的所述跨導是相等的，而且對于所有相移電路的所述第二有源器件的所述跨導是相等的。
7.如權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所有有源器件的所述跨導是相等的。
8.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，偏壓所述有源器件來提供獨立于溫度的性能。
9.一種用于提供具有等幅但不同相位的輸出信號的電路，它包括多個相移電路，其特征在于，每個相移電路包括具有輸入和輸出的級聯(lián)放大器，所述級聯(lián)放大器包括第一放大器和第二放大器，所述第二放大器與所述第一放大器相連；和跨接所述第一放大器的電容器；其中，將所述多個相移電路的所述輸入連到輸入信號和所述級聯(lián)放大器的所述輸出具有等幅但不同相位。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其特征在于，每個所述相移電路還包括與所述第一放大器和地相連的補償電容器；其中選擇所述補償電容器來獲得在所述級聯(lián)放大器的所述輸出之間的幅度平衡。
11.如權(quán)利要求9所述的電路，其特征在于，每個所述第一放大器和每個所述第二放大器都具有跨導，而且所有第一放大器的所述跨導和所有第二放大器的所述跨導都相等。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其特征在于，所有第一放大器和所有第二放大器的所述跨導都相等。
13.一種用于提供具有等幅但不同相位的輸出信號的電路，其特征在于，包括多個相移電路，其特征在于，每個相移電路包括具有柵極、第一源極和第一漏極的第一有源器件，所述第一有源器件構(gòu)成共源極放大器，所述第一源極接地，所述第一柵極接收所述輸入信號；跨接所述第一有源器件的第一電容器；具有第二柵極、第二源極和第二漏極的第二有源器件，所述第二有源器件構(gòu)成共源極放大器，所述第二源極接地，所述第二柵極連到所述第一漏極；跨接所述第二漏極和地的第二電容器；具有第三柵極、第三源極和第三漏極的第三有源器件，所述第三有源器件構(gòu)成共柵極放大器，將所述第三柵極連到AC地，所述第三源極連到所述第一漏極；具有第四柵極、第四源極和第四漏極的第四有源器件，所述第四有源器件構(gòu)成共柵極放大器，所述第四柵極連到所述AC地，所述第四源極連到所述第二漏極，所述第四漏極連到所述第三漏極并包括所述相移電路的所述輸出。
14.如權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，從包含雙極連結(jié)晶體管、異質(zhì)雙極晶體管、MOSFET、GaAsFET和P通道器件的組中選擇所述有源器件。
15.如權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，包括兩個相移電路，其中每個所述有源器件具有跨導，對于在特定頻率下所述相移電路的所述輸出之間的90度相位差選擇所述電容器和所述跨導。
16.如權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，每個所述有源器件都具有跨導，而且所有有源器件的所述跨導都是相等的。
17.一種用于提供差分輸出信號的相移電路，其特征在于，包括具有第一差分輸入、第一差分輸出和第一共源極的第一差分對，所述第一差分輸出連到差分輸入信號；具有第二差分輸入、第二差分輸出和第二共源極的第二差分對，所述第二共源極連到所述第一差分輸出的第一輸出，所述第二差分輸入連到差分LO信號；具有第三差分輸入、第三差分輸出和第三共源極的第三差分對，所述第三共源極連到所述第一差分輸出的第二輸出，所述第三差分輸入連到所述第二差分輸入，所述第三差分輸出連到所述第二差分輸出，而且包括所述差分輸出信號；電容器對，一個電容器跨接所述第一差分輸入的每個輸入和所述第一差分輸出的所述輸出；和連到所述第一共源極的電流源。
18.一種用于提供差分輸出信號的單邊帶調(diào)制器，其特征在于，包括具有第一差分輸入、第一差分LO輸入和第一差分輸出的第一相移電路，所述第一差分輸入連到差分輸入信號，所述第一差分LO輸入連到第一差分LO信號；和具有第二差分輸入、第二差分LO輸入和第二差分輸出的第二相移電路，所述第二差分輸入連到所述第一差分輸入，所述第二差分LO輸入連到第二差分LO信號，所述第二差分輸出連到所述第一差分輸出，而且包括所述差分輸出信號。
全文摘要
有源分相器(100,102)包括兩個或多個相移電路(110,150)。每個相移電路包括多個有源器件(112,114,152,150)和電容器(116,156,158)。對于單極有源分相器,在每個相移電路中,兩個有源器件構(gòu)成級聯(lián)放大器。第一有源器件構(gòu)成共源極放大器,和構(gòu)成第二有源器件作為共柵極放大器。將電容器(116,156)跨接在第一有源器件的柵極和漏極,以產(chǎn)生用于相移電路所需的極點－零點對。級聯(lián)結(jié)構(gòu)導致所需傳遞功能,而且提供電壓輸入(V
文檔編號H03F3/45GK1257620SQ98805362
公開日2000年6月21日 申請日期1998年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月22日
發(fā)明者V·阿帕林 申請人:夸爾柯姆股份有限公司