專利名稱：基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種反射型I-Q矢量調(diào)制電路，用于數(shù)字 通信中，產(chǎn)生I-Q調(diào)制信號或者進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上講，在微波以及毫米波應(yīng)用中，矢量調(diào)制器主要有兩種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。第一種是 利用兩個正交二相調(diào)制器通過3-dB功率合成器組成；第二種是利用一個可變衰減器和一 個360°可變相移器組成。雖然在第二種結(jié)構(gòu)中，插入損耗非常小，但是需要衰減器有固定 的相位以及相移器有固定的插入損耗，這使得電路設(shè)計非常的困難。因此，在微波以及毫米 波應(yīng)用中，由二相可變模擬反射型衰減器所組成的第一種結(jié)構(gòu)往往得到廣泛的應(yīng)用。二相可變模擬反射型衰減器應(yīng)用于矢量調(diào)制器是由Devlin和Mirmis首先提出 的。反射型衰減器是由作為正交混合網(wǎng)絡(luò)的Lange耦合器和兩個冷模器件組成，冷模器件 采用高電子遷移率晶體管HEMT或者異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT。采用冷模HEMT器件需要負(fù) 的偏壓來實現(xiàn)調(diào)制功能，而采用冷模HBT僅僅需要正偏壓就可以實現(xiàn)。冷模HBT器件有較 大的寄生參數(shù)，通過平衡或者推挽式電路結(jié)構(gòu)可以消除由寄生效應(yīng)所引起的幅度和相位的 誤差。這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)較好的對稱星座圖，但是占用芯片面積比較大，成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述矢量調(diào)制器的不足，提供一種基于GaAsHBT器件的模 擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路，以減小芯片占用面積和功耗，提高芯片性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的1.技術(shù)原理基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路的插入損耗主要由衰減器的 可變電阻終端GaAs HBT的集電極的反射系數(shù)Γ決定，要求反射系數(shù)Γ在Vb = 0和Vb = Von兩種狀態(tài)時的幅度相等，相位差為180°。當(dāng)Vb = 0時，可變電阻終端GaAs HBT的阻 抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50 Ω，這樣信號傳輸?shù)娇勺冸娮杞K端GaAs HBT時反射系數(shù)很大；當(dāng)Vb = Von 時，由于GaAs HBT器件中存在寄生電阻，可變電阻終端GaAs HBT的阻抗降低不到理想的狀 態(tài)，使得信號傳輸?shù)娇勺冸娮杞K端GaAs HBT時反射系數(shù)比Vb = 0時小。通過在GaAs HBT 集電極并聯(lián)一個相當(dāng)?shù)碾娮杩梢赃m當(dāng)減小Vb = O時的反射系數(shù)I Γ |，使得反射型衰減器的 可變電阻終端GaAs HBT的集電極的反射系數(shù)Γ在Vb = 0和Vb = Von兩種狀態(tài)時的幅度 相等。由于GaAs HBT器件的基極、集電極以及發(fā)射極彼此之間的寄生電容所造成的寄生效 應(yīng)，所以反射系數(shù)Γ在Vb = O和Vb = Von兩種狀態(tài)時相位差遠(yuǎn)離180°，通過在GaAs HBT 發(fā)射極串聯(lián)一個電感來抵消這種寄生效應(yīng)，使得反射型衰減器的可變電阻終端GaAs HBT的 集電極的反射系數(shù)Γ在Vb = O和Vb = Von兩種狀態(tài)時的相位差為180°2.調(diào)制電路結(jié)構(gòu)本發(fā)明的在調(diào)制電路，包括一個3-dB Iange耦合器，兩個模擬反射型衰減器，和
31個3-dB Wilkinson功率合成器，該3-dB Iange耦合器的直通端口輸出直接通過第一衰減 器移相后輸出到功率合成器的一個輸入端；該3-dB Iange耦合器的耦合端口直接通過第 二衰減器移相后輸出到功率合成器的另一個輸入端，功率合成器對輸入的兩個信號合成后 從輸出端輸出。所述的模擬反射型衰減器，包括一個3-dB Iange耦合器，兩個砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極 晶體管Ql和Q2，以及兩個電阻R3和R4，該3_dB Iange耦合器的輸入端口作為衰減器的輸 入端口，隔離端口作為衰減器的輸出端口 ；該3-dB Iange耦合器的直通端口和耦合端口分 別與Ql和Q2的集電極相連；Ql和Q2的基極分別與R3、R4相連，電阻R3和R4的另一端連 接在一起作為衰減器的控制端口 Vb ；其中Ql和Q2的集電極分別并聯(lián)連接有電阻Rl和R2， 用以減小Vb = 0時的反射系數(shù)I Γ I ；Ql和Q2的發(fā)射極分別串聯(lián)連接有電感Ll和L2，用 以抵消由于HBT器件的基極、集電極以及發(fā)射極彼此之間的寄生電容所造成的寄生效應(yīng)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明的調(diào)制電路只采用兩個模擬反射型衰減器，直接連接在3-dBlange耦 合器的直通端口和耦合端口，并且直接通過3-dB Wilkinson功率合成器進(jìn)行合成，相對于 以往的平衡或者推挽式電路結(jié)構(gòu)的調(diào)制電路采用四個模擬反射型衰減器以及附加四個耦 合器來實現(xiàn)功能，在不影響電路功能的前提下節(jié)省了大量的芯片面積，從而節(jié)省了制作成 本。(2)本發(fā)明由于在GaAs HBT器件Ql和Q2的集電極分別并聯(lián)連接了一個阻值相等 的電阻Rl和R2，使得Vb = 0時的反射系數(shù)I Γ I減小，從而使反射型衰減器的可變電阻終 端GaAs HBT的集電極的反射系數(shù)Γ在Vb = 0和Vb = Von兩種狀態(tài)時的幅度相等，減小 了整體電路的插入損耗。(3)本發(fā)明由于在GaAs HBT器件Ql和Q2的發(fā)射極分別串聯(lián)連接了 一個電感值相 等的電感Ll和L2，從而抵消由于GaAs HBT器件的基極、集電極以及發(fā)射極彼此之間的寄生 電容所造成的寄生效應(yīng)，使得反射型衰減器的可變電阻終端GaAs HBT的集電極的反射系數(shù) Γ在Vb = 0和Vb = Von兩種狀態(tài)時的相位差為180°，在減小整體電路的插入損耗的同 時提高了相位調(diào)制的精確度。


圖1是現(xiàn)有基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路圖；圖2是現(xiàn)有模擬反射型衰減器電路圖；圖3是本發(fā)明基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路圖；圖4是本發(fā)明中的模擬反射型衰減器電路圖；圖5是本發(fā)明的模擬反射型衰減器在Vb = 0和Vb = Von兩種狀態(tài)時的反射系數(shù) 幅度的比值以及相位差。
具體實施例方式參照圖1，現(xiàn)有基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路圖，包括五個 3-dB Iange耦合器1，2，3,4,5,四個模擬反射型衰減器6，7，8，9，和一個3-dB Wilkinson功 率合成器10，該3-dB Iange耦合器有四個端口，分別為輸入端口，隔離端口，直通端口以及耦合端口，信號從輸入端口輸入，從直通端口和耦合端口輸出分別與輸入信號相位相差0° 和90°的信號。該第一 3-dB Iange耦合器1的輸入端口作為調(diào)制電路的輸入，直通端口 和耦合端口分別連接第二 3-dB Iange耦合器2，和第三3_dB Iange耦合器3的輸入端口 ； 該第二 3-dB Iange耦合器2的耦合端口和直通端口分別連接第一模擬反射型衰減器6和 第二模擬反射型衰減器7的輸入；該第一模擬反射型衰減器6和第二模擬反射型衰減器7 的輸出分別連接第四3-dB Iange耦合器4的耦合端口和直通端口 ；第一模擬反射型衰減 器6控制端口 VI和第二模擬反射型衰減器7控制端口汗的控制信號高低電平相反，作為 調(diào)制電路的兩個控制端；該第三3-dB Iange耦合器3的耦合端口和直通端口分別連接第三 模擬反射型衰減器8和第四模擬反射型衰減器9的輸入；該第三模擬反射型衰減器8和第 四模擬反射型衰減器9的輸出分別連接第五3-dB Iange耦合器5的耦合端口和直通端口 ； 第一模擬反射型衰減器8控制端口 VQ和第二模擬反射型衰減器9控制端口兩的控制信號 高低電平相反，作為調(diào)制電路的另外兩個控制端；該3-dB Iange耦合器1，2，3，4，5的隔離 端口與地之間各連接一個50 Ω的電阻；該第四3-dB Iange耦合器4的輸入端口連接3-dB Wilkinson功率合成器10的一個輸入端口 ；該第五3_dB Iange耦合器5的輸入端口連接 3-dB Wilkinson功率合成器10的另一個輸入端口 ；該3_dB Wilkinson功率合成器10的 輸出端口作為調(diào)制電路的輸出。參照圖2，現(xiàn)有模擬反射型衰減器電路圖，包括一個3-dB Iange耦合器，兩個砷化 鎵異質(zhì)結(jié)雙極晶體管Ql和Q2，以及兩個電阻Rl和R2，該3-dB Iange耦合器的輸入端口作 為衰減器的輸入端口，隔離端口作為衰減器的輸出端口 ；該3-dB Iange耦合器的直通端口 輸出與輸入信號相位相差0°的信號并與Ql集電極相連，耦合端口輸出與輸入信號相位相 差90°的信號并與Q2的集電極相連；Ql和Q2的基極分別與Rl、R2相連，電阻Rl和R2的 另一端連接在一起作為衰減器的控制端口 Vb。參照圖3，本發(fā)明基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路，主要由一個 3-dB Iange耦合器1，1個3-dB Wilkinson功率合成器10，和兩個模擬反射型衰減器6與 7組成。該3-dB Iange耦合器的直通端口輸出與輸入信號相位相差0°的信號，并直接通 過第一衰減器6移相后輸出到功率合成器10的一個輸入端；該3-dB Iange耦合器的耦合 端口輸出與輸入信號相位相差90°的信號，并直接通過第二衰減器7移相后輸出到功率合 成器10的另一個輸入端，功率合成器10對該兩個輸入信號合成后輸出；第一模擬反射型衰 減器6控制端口 VI和第二模擬反射型衰減器7控制端口 VQ作為調(diào)制電路的兩個控制端。參照圖4，本發(fā)明中的模擬反射型衰減器，包括一個3-dB Iange耦合器，兩個砷 化鎵異質(zhì)結(jié)雙極晶體管Ql和Q2，四個電阻Rl，R2，R3和R4，以及兩個電感Ll和L2，其中， 電阻R3和R4的阻值相等，且為140士 1 Ω ；電感Ll和L2的電感值相等，且為43士 ΙρΗ。該 3-dB Iange耦合器的輸入端口作為衰減器的輸入端口，隔離端口作為衰減器的輸出端口 ； 該3-dB Iange耦合器的直通端口和耦合端口分別與Ql和Q2的集電極相連；Ql和Q2的集 電極分別與電阻R3和R4并聯(lián)連接，用以減小Vb = 0時的反射系數(shù)I Γ I ；Ql和Q2的基極 分別與R1、R2相連，電阻Rl和R2的另一端連接在一起作為衰減器的控制端口 Vb ；Ql和Q2 的發(fā)射極分別與電感Ll和L2串聯(lián)連接，用以抵消由于HBT器件的基極、集電極以及發(fā)射極 彼此之間的寄生電容所造成的寄生效應(yīng)。在控制端口 Vb等于低電平0時輸出端口輸出的 信號與Vb等于高電平Von時輸出端口輸出的信號相位差為180°。
對本發(fā)明的模擬反射型衰減器在Vb = 0和Vb = Von兩種狀態(tài)時的反射系數(shù)幅度 的比值以及相位差仿真結(jié)果，如圖5所示，其中圖5 (a)為模擬反射型衰減器在Vb = O和Vb =Von兩種狀態(tài)時的反射系數(shù)幅度的比值，圖5 (b)為模擬反射型衰減器在Vb = O和Vb = Von兩種狀態(tài)時的反射系數(shù)相位差。由圖5可見，本發(fā)明的模擬反射型衰減器，在信號頻率 為30GHz時，可變電阻終端GaAs HBT的集電極的反射系數(shù)Γ在Vb = O和Vb = Von兩種狀 態(tài)時的幅度之比為1，相位差為180°。說明本發(fā)明模擬反射型衰減器的可變電阻終端GaAs HBT的集電極的反射系數(shù)Γ達(dá)到了模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路的要求，在實現(xiàn)功能的同 時減小了插入損耗。
權(quán)利要求
一種基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路，其特征在于包括一個3-dB lange耦合器(1)，兩個模擬反射型衰減器(6，7)，和1個3-dB wilkinson功率合成器(10)，該3-dB lange耦合器的直通端口輸出直接通過第一衰減器(6)移相后輸出到功率合成器(7)的一個輸入端；該3-dB lange耦合器的耦合端口輸出直接通過第二衰減器(6)移相后輸出到功率合成器(10)的另一個輸入端，功率合成器(10)對該兩個輸入信號合成后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路，其特征在于模擬反射型衰 減器，包括一個3-dB Iange耦合器，兩個砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極晶體管Ql和Q2，四個電阻Rl， R2，R3和R4，以及兩個電感Ll和L2，該3_dB Iange耦合器的輸入端口作為衰減器的輸入 端口，隔離端口作為衰減器的輸出端口 ；該3-dB Iange耦合器的直通端口和耦合端口分別 與Ql和Q2的集電極相連；Ql和Q2的集電極分別與電阻R3和R4并聯(lián)連接，用以減小Vb = 0時的反射系數(shù)I Γ I ；Ql和Q2的基極分別與R1、R2相連，電阻Rl和R2的另一端連接在一 起作為衰減器的控制端口 Vb ；Ql和Q2的發(fā)射極分別與電感Ll和L2串聯(lián)連接，用以抵消由 于HBT器件的基極、集電極以及發(fā)射極彼此之間的寄生電容所造成的寄生效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GaAsHBT器件的模擬反射型衰減器，其特征在于電阻 R3和R4的阻值相等，且為140 士 1 Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于GaAsHBT器件的模擬反射型衰減器，其特征在于電感 Ll和L2的電感值相等，且為43 士 ΙρΗ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GaAs HBT器件的模擬反射型I-Q矢量調(diào)制電路，主要解決現(xiàn)有調(diào)制電路占用芯片面積比大，成本高的問題。其包括一個3-dB lange耦合器(1)，兩個模擬反射型衰減器(6，7)，和1個3-dB wilkinson功率合成器(10)，該3-dB lange耦合器的直通端口輸出直接通過第一衰減器(6)移相后輸出到功率合成器(7)的一個輸入端；該3-dB lange耦合器的耦合端口輸出直接通過第二衰減器(6)移相后輸出到功率合成器(10)的另一個輸入端，其中每個模擬反射型衰減器的砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其集電極分別并聯(lián)連接有電阻R3和R4，用以減小Vb＝0時的反射系數(shù)|Γ|，其發(fā)射極分別串聯(lián)連接有電感L1和L2，用以抵消由于HBT器件的寄生效應(yīng)。本發(fā)明可用于產(chǎn)生I-Q調(diào)制信號或者進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。
文檔編號H03H7/48GK101888218SQ20101021461
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者侯學(xué)智, 呂紅亮, 張義門, 張玉明, 石彥強(qiáng) 申請人:西安電子科技大學(xué)