CN101091306A - 单端到差分变换器电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在输入端(24)接收单端输入信号并在一对输出端上(OUT+，OUT－)提供差分输出信号的低压工作的BALUN电路(20)。所述BALUN电路(20)包括第一支路，所述第一支路包括用于接收单端输入电压信号(RFin)的输入端(24)、晶体管(Q1)；电阻(RL)(28)、电阻(RL)、以及输出端(OUT+)。第二支路包括晶体管(Q3)、电阻(RL)、以及输出端(OUT－)。依据输出端(OUT+，OUT－)上的输出电压信号，运算放大器(26)保持流过第一和第二支路的电阻RL的电流实质上相等。

Description

单端到差分变换器电路
技术领域
本发明涉及不平衡/平衡变换器(BALUN)电路，并具体地但不专有地涉及，用于将射频(RF)设备的低噪声放大器连接到混频器的BALUN电路。
背景技术
由天线以及低噪声放大器提供的RF信号通常是单端的，但是平衡电路通常用于集成的接收机/发送机的射频通道。平衡电路提高了RF电路对于共模扰动的免疫力，因此在RF电路设计中极受推崇。
虽然差分天线可用于提供平衡RF输入信号，但是为了简化，经常使用无源BALUN以将不平衡天线信号转变成平衡信号。然而，无源BALUN的使用具有一定的缺点。无源BALUN是损耗元件，它的损耗出现在天线所连接的低噪声放大器之前。由于***损耗等同于BALUN的噪声系数，BALUN的***损耗降低了接收机的灵敏度。此外，BALUN通常比较昂贵且带宽不足以允许多标准结构。此外，需要附加的集成电路结合焊盘，增加了芯片的面积以及集成器件的总价。
作为无源BALUN的替换，集成有源BALUN可用在低噪声放大器之后。有源BALUN放大单端低噪声放大器(LNA)的信号并提供差分输出。愈加需要BALUN能够工作在如1.8V的低供电电压，因为这对于便携式式应用或击穿电压可低到2V的未来SiGe BiCMOS工艺很重要。该工艺的较高转移频率意味着较低的击穿电压。因此，对于注重速度的未来微波应用，低压BiCOMS的设计很重要。
图1示出了一种已知的有源BALUN，它被称为微混频器BALUN(micromixer BALUN)。低噪声放大器2(LNA)的单端电压输出转换成电阻器R1的电流信号，并且RF电流信号在晶体管Q1和Q2之间等分。晶体管Q1可处理RF输入电压的负偏移过程中的大量电流，并且晶体管Q2、Q3和Q4在其输入和输出端形成电流镜，所述电流镜可处理输入电压的正偏移过程中的大量电流。
晶体管Q1和发射极电阻器R2将与晶体管Q4和发射极电阻器R2匹配。晶体管Q1和Q的基极-发射极的电压和为常数，并等于VB。因此，一个电流增加自动引起另一个减少。两个一半的单元提供了转移特性：与正向输入和反向输入对称，并在各种方式下优化时线性很高。
然而，图1的电路具有电路无法工作于1.6伏最低供电电压的缺点，因此，为线性和匹配的目的，需要反馈电阻R2。此外，没有用于改变电路的相位特性以获得宽带操作的装置，此外，没有用于补偿两个差分部分之后的电流偏移的装置。
本发明的优选实施例试图克服上述现有技术的缺点。特别地，本发明的优选实施例的一个目的是提供一种可工作于低供电电压的有源BALUN电路。
发明内容
根据本发明，提供了一种不平衡/平衡变换器电路，用于在输入端接收单端输入信号并在一对输出端上提供差分输出信号，所述电路包括：
-第一支路，包括：用于接收单端输入电压信号的输入端、第一晶体管、连接在所述输入端和所述第一晶体管的第一端之间以提供流经所述第一晶体管的电流信号的第一电阻、连接到所述第一晶体管的第二端用于提供电压输出信号的第二电阻、以及输出端；
-第二支路，包括：至少一个第二晶体管、用于提供取决于流经所述第二晶体管的电流信号的输出信号的第三电阻、以及输出端；以及
-电流匹配装置，用于依据所述输出端上的输出电压，将流经所述第三电阻的电流保持为实质上等于流经所述第二电阻的电流。
通过第一支路，避免了为线性和匹配的目的而使用反馈电阻器。这提供了这样的优点：与现有技术相比，本发明的BALUN电路可工作于较低的供电电压。此外，提供了电流匹配装置，用于依据所述输出端上的输出电压信号保持流经所述第三电阻的电流实质上等于流经所述第二电阻的电流，使得第一和第二支路之间的电流偏移能够消除。这还避免在BALUN和随后的混频器之间使用隔直电容器，从而避免将附加损耗和相位误差引入信号通道。
电流匹配装置可包括：电压感测装置，用于感测输出端之间的电压差，并给第二晶体管提供信号以调节流经该第二晶体管的电流。
所述电流感测装置可包括差分放大器。
所述电路还可包括在所述在第二支路上连接所述第三电阻和所述第二晶体管的第二晶体管。
这提供了这样的优点：减少在第二晶体管的控制端(即基极或栅极)所见的Miller电容，还在第一和第二支路之间提供了较好的对称，以及为第一和第三晶体管的发射极提供了相等的支路阻抗。
所述电路还包括可调节的电容器，所述电容器连接在所述第三晶体管的第一端和第一晶体管的第二端之间。
这提供了相位误差可调节的优点。
所述电路还包括可调节电容器，所述电容器连接在所述第一晶体管的第一端和所述第三晶体管的第二端之间。
附图说明
现在参考附图仅作为示例且无限制意义地描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是现有技术的BALUN电路的电路图；
图2是本发明的第一实施例的BALUN电路的电路图；以及
图3是本发明的第二实施例的BALUN电路的电路图。
具体实施方式
参考图2，用于从连接到天线(未示出)的低噪声放大器22(LNA)接收单端射频输出信号的BALUN电路20，具有：第一支路，具有通过输入端24和电阻器R128连接到双极晶体管Q1的发射极的电流源Io。晶体管Q1的集电极通过输出端OUT+和电阻器RL连接到电压供电轨VCC。BALUN电路的第二支路具有晶体管Q2，所述晶体管的集电极通过输出端OUT-和电阻RL连接到电压供电轨VCC，并且所述晶体管的发射极连接到晶体管Q3的集电极。晶体管Q3的发射极通过电阻器R130接地。
输出端OUT+、OUT-的电压由运算放大器26的的输入端感测，放大器的输出信号通过电阻器Rb施加于晶体管Q1、Q2的基极，并通过分压网络R2、R3施加于晶体管Q3的基极。输入电容器CIN从输入端为晶体管Q3的基极偏压去耦。晶体管Q1的基极通过电容器C2连接到晶体管Q2的发射极，并且晶体管Q2的基极通过可变电容器C1连接到发送机Q1的发射极。
现在将描述图2的BALUN电路20的工作过程。
电流源Io通过晶体管Q1提供电流并将晶体管Q1的电流偏置到宽带操作和低失真所需的电流。运算放大器26感测两个支路之间的偏移电压，所述偏移电压取决于两个支路之间的偏移电流，并且运算放大器26将其输出施加于晶体管Q3的基极，以得到流经晶体管Q2和Q3的电流与电流Io匹配的结果。一旦选定电流Io，总电流是自偏压的，即在输出端确保零偏移。因此，可避免BALUN 20和之后的混频器级(未示出)之间的隔直电容，因此避免了在信号通道引入附加损耗和相位误差。
施加于LNA 22的输入端24的单端射频输入信号在电阻器R128上产生电流信号，因此通过晶体管Q2和Q3提供了匹配电流信号，以在输出端OUT+、OUT-提供平衡电压信号。晶体管Q1和Q3的基极-射极的电压和为常数，给出Q1和Q3的电流的常数产物(constantproduct)。
为得到从低噪声放大器22到BALUN 20的最大功率转移，电阻器R128提供了适当的输入电阻。同时，有助于晶体管Q1和Q3的匹配。晶体管Q2降低了在晶体管Q3的基极上观察到的Miller电容，并提高了混频器(未示出)和低噪声放大器22之间的独立性。晶体管Q2还在电路的两个支路之间提供了更好的对称，并在晶体管Q1和Q2的发射极上提供相等的支路阻抗。
电容器C1、C2提供用于调节两个反相输出的相位误差的装置。如果调节C1，反相操作可扩展到更大的频率范围，以输出端的(通常可接受的)相位误差为代价。为此，带有PMOS输入的COMS运算放大器26是合适的放大器。
参考图3，其中与图2的实施例相同的部分由类似的附图标记表示，但只能到100，图3示出了图2的BALUN电路的MOS版本。在MOS BALUN 120的情况下，输入端124和图2的晶体管Q3的基极之间不需要等同的输入电容器Cin。
本领域的技术人员将认识到上述实施例仅作为示例描述，而并非限制意义的，此外在不偏离所附权利要求限定的本发明的范围的前提下，可进行一些变化和修改。

Claims (6)

1、一种不平衡/平衡变换器电路，用于在输入端接收单端输入信号并在一对输出端上提供差分输出信号，所述电路包括：
-第一支路，包括：用于接收单端输入电压信号(RFin)的输入端、第一晶体管(Q1)、连接在所述输入端和所述第一晶体管的第一端之间以提供流经所述第一晶体管的电流信号的第一电阻(R1)、连接到所述第一晶体管的第二端用于提供电压输出信号的第二电阻(RL)、以及输出端(OUT+)；
-第二支路，包括：至少一个第二晶体管(Q3)、用于提供取决于流经所述第二晶体管的电流信号的输出信号的第三电阻(RL)、以及输出端(OUT-)；以及
-电流匹配装置，用于根据所述输出端上的输出电压，将流经所述第三电阻的电流保持为实质上等于流经所述第二电阻的电流。
2、如权利要求1所述的电路，其中，电流匹配装置包括电压感测装置，所述电压感测装置用于感测输出端之间的电压差以及给第二晶体管提供信号以便调节流经第二晶体管的电流。
3、如权利要求2所述的电路，其中，电流感测装置包括差分放大器。
4、如权利要求1所述的电路，还包括在所述第二支路中连接于所述第三电阻和所述第二晶体管之间的第三晶体管(Q2)。
5、如权利要求4所述的电路，还包括可调电容器(C1)，所述可调电容器连接于所述第三晶体管的第一端和第一晶体管的第二端之间。
6、如权利要求4所述的电路，还包括可调电容器，所述可调电容器连接于所述第一晶体管的第一端和第三晶体管的第二端之间。
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