Высокочастотный фазовращатель на моп-транзисторах

Изобретение относится к областям радиотехники и связи. Высокочастотный фазовращатель выполнен на основе КМОП-технологии, при этом усилители с переменным коэффициентом усиления построены на основе модифицированных ячеек Гильберта, а аналоговый дифференциальный квадратурный сумматор подключен к квадратурному полифазному фильтру напрямую. Каждая модифицированная ячейка Гильберта состоит из десяти МОП-транзисторов. При этом затворы первого и четвертого МОП-транзисторов являются высокочастотными входами, истоки первого и второго МОП-транзисторов соединены со стоком девятого МОП-транзистора, истоки третьего и четвертого МОП-транзисторов соединены со стоком десятого МОП-транзистора, исток девятого и десятого МОП-транзисторов подключен к общему узлу, затворы девятого и десятого МОП-транзисторов подключены к первому выходу источника напряжений смещения, затворы второго и третьего МОП-транзисторов подключены ко второму выходу источника напряжений смещения, стоки первого и третьего МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки пятого и шестого МОП-транзисторов, стоки второго и четвертого МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки седьмого и восьмого МОП-транзисторов, затворы пятого и восьмого МОП-транзисторов и затворы шестого и седьмого МОП-транзисторов представляют собой управляющие дифференциальные входы соответственно, стоки пятого и седьмого МОП-транзисторов и стоки шестого и восьмого МОП-транзисторов подключены к двум входам цепи нагрузки соответственно Высокочастотный фазовращатель на МОП-транзисторах с конструкцией согласно изобретению обладает уменьшенной ошибкой установки фазы и потребляемой мощностью, а также более низкой себестоимостью. 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в области радиоэлектроники.

Известен «Перестраиваемый фазовращатель-аттенюатор» [US патент №8724739]. Фазовращатель состоит из полифазного фильтра, цифроаналогового преобразователя, аттенюатора с переменным коэффициентом ослабления и аналогового квадратурного сумматора, построенного на основе усилителей с переменным коэффициентом усиления в виде ячеек Гильберта и цепи нагрузки. Изменение коэффициента передачи усилителя осуществляется путем параллельного подключения нескольких усиливающих каскадов. Недостатком фазовращателя является увеличение ошибки установки фазы при изменении коэффициентов передачи усилителей из-за увеличения входной емкости сумматора, на которую нагружен полифазный фильтр, формирующий квадратурные дифференциальные сигналы.

Известен патент «Фазоздвигающая схема на биполярных транзисторах для использования в передающих устройствах, состоящая из двух блоков, через которые протекают токи, представляющие произведение синфазных компонент и весовых коэффициентов, соответственно» [FR патент №2984638]. Фазовращатель состоит из двух усилителей с переменным коэффициентом усиления в виде ячеек Гильберта, цепей нагрузки и преобразователей частоты. Фазовый сдвиг осуществляется за счет перемножения высокочастотного сигнала с квадратурными опорными сигналами и переносом на промежуточную частоту. Недостатком фазовращателя является возможность реализации только с переносом частоты несущей, при этом ошибка установки фазы зависит от амплитудно-фазового дисбаланса опорного колебания, что требует синтезатора частот низким уровнем фазовых шумов.

Известен «Активный фазовращатель», выбранный за прототип [RU патент №2510980]. Фазовращатель построен на биполярных транзисторах на основе SiGe-технологии и включает квадратурный полифазный фильтр, повторители напряжения, аналоговый квадратурный сумматор, состоящий из двух усилителей с переменным коэффициентом усиления в виде ячеек Гильберта и цепи нагрузки, источник питания, цифроаналоговый преобразователь, источник напряжения смещения, блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный. Эмиттерные повторители включены между выходами полифазного фильтра и входами сумматора для предотвращения влияния входного импеданса аналогового дифференциального сумматора на характеристики полифазного фильтра. Использование повторителей напряжения увеличивает потребляемую мощность фазовращателя и может вызывать паразитную автогенерацию, использование SiGe-технологии увеличивает себестоимость устройства, что является недостатками прототипа.

Задачей изобретения является снижение себестоимости фазовращателя, уменьшение ошибки установки фазы и потребляемой мощности.

Для решения поставленной задачи предложен высокочастотный фазовращатель на МОП-транзисторах, который включает квадратурный полифазный фильтр, аналоговый квадратурный дифференциальный сумматор, состоящий из двух усилителей с переменным коэффициентом усиления в виде модифицированных ячейках Гильберта, дифференциальные выходы которых подключены к цепи нагрузки, включенной между выходами аналогового сумматора и шины питания и цепи нагрузки, блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный с согласующей цепью, входы преобразователя подключены к выходам аналогового сумматора. Фазовращатель выполнен на основе КМОП-технологии, при этом аналоговый квадратурный дифференциальный сумматор подключен к полифазному фильтру напрямую. Каждая модифицированная ячейка Гильберта состоит из десяти МОП-транзисторов. Затворы первого и четвертого МОП-транзисторов являются высокочастотными входами модифицированной ячейки Гильберта. Истоки первого и второго МОП-транзисторов соединены со стоком девятого МОП-транзистора. Истоки третьего и четвертого МОП-транзистора соединены со стоком десятого МОП-транзистора. Истоки девятого и десятого МОП-транзисторов подключены к общему узлу. Затворы девятого и десятого МОП-транзисторов подключены к первому выходу источника напряжений смещения. Затворы второго и третьего МОП-транзисторов подключены ко второму выходу источника напряжений смещения. Стоки первого и третьего МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки пятого и шестого МОП-транзисторов. Стоки второго и четвертого МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки седьмого и восьмого МОП-транзисторов. Затворы пятого и восьмого МОП-транзисторов и затворы шестого и седьмого МОП-транзисторов представляют собой управляющие дифференциальные входы соответственно. Стоки пятого и седьмого МОП-транзисторов и стоки шестого и восьмого МОП-транзисторов подключены к двум дифференциальным входам цепи нагрузки соответственно.

Квадратурный полифазный фильтр преобразует дифференциальный сигнал на входах в два квадратурных дифференциальных сигнала на выходах. Каждый из квадратурных дифференциальных сигналов поступает на высокочастотные входы усилителя с переменным коэффициентом усиления и передается на выходы с коэффициентом передачи, который задается аналоговым дифференциальным управляющим сигналом на управляющих входах усилителя. Аналоговые дифференциальные управляющие сигналы поступают с выходов цифроаналогового преобразователя, который преобразует цифровой управляющий сигнал на его входах в два аналоговых дифференциальных управляющих сигнала на его выходах. Дифференциальные выходы усилителей с переменным коэффициентом усиления подключены к дифференциальным входам цепи нагрузки и к дифференциальным входам блока преобразователя дифференциального сигнала в однополярный. В цепи нагрузки происходит сложение квадратурных дифференциальных сигналов с весовым коэффициентами. Результирующий сигнал преобразуется к небалансному виду блоком преобразователя дифференциального сигнала в однополярный.

Модифицированная ячейка Гильберта обеспечивает двукратное уменьшение входной емкости по сравнению с классической ячейкой Гильберта при сравнимом коэффициенте усиления. Усилители в виде модифицированной ячейки Гильберта позволяют уменьшить влияние входного импеданса сумматора на характеристики полифазного фильтра, что приводит к повышению точности установки фазы за счет уменьшения влияния входного импеданса сумматора на характеристики полифазного фильтра и позволяет подключить полифазный фильтр напрямую ко входу сумматора без использования повторителей напряжения. Исключение повторителей напряжения позволяет снизить потребляемую мощность. Снижение себестоимости фазовращателя достигается за счет использования КМОП-технологии.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется графическими материалами, представленными на фиг. 1, 2 и 3:

на фиг. 1 изображена структурная схема высокочастотного фазовращателя;

на фиг. 2 изображена принципиальная схема RLC-полифазного фильтра;

на фиг. 3 приведена зависимость фаз RLC-полифазного фильтра от емкости нагрузки.

Высокочастотный фазовращатель включает: квадратурный полифазный фильтр 1; цифроаналоговый преобразователь 2; аналоговый квадратурный дифференциальный сумматор 3, состоящий из двух усилителей с переменным коэффициентом усиления построенных на основе модифицированной ячейки Гильберта, 4 и 5, и цепи нагрузки 6; блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный 7; источник напряжений смещения 8; шину питания 9; высокочастотный дифференциальный вход 10 фазовращателя; вход цифровых управляющих сигналов 11 фазовращателя; высокочастотный выход 12 фазовращателя.

К выходам квадратурного полифазного фильтра подключены высокочастотные входы аналогового квадратурного сумматора 3, который состоит из двух одинаковых усилителей с переменным коэффициентом усиления, построенных на основе модифицированной ячейки Гильберта, 4 и 5. Высокочастотные дифференциальные входы усилителя с переменным коэффициентом усиления подключены к одной из пар дифференциальных выходов квадратурного полифазного фильтра 1. Управляющие дифференциальные входы усилителя с переменным коэффициентом усиления подключены к одной из пар дифференциальных выходов цифроаналогового преобразователя 2. Входы цифроаналогового преобразователя являются входами цифровых управляющих сигналов 11 фазовращателя. Дифференциальные выходы усилителей с переменным коэффициентом усиления подключены к дифференциальным входам цепи нагрузки 6, которая также обеспечивает питание усилителей с переменным коэффициентом усиления от шины питания 9 и к дифференциальным входам блока преобразователя дифференциального сигнала в однополярный 7, выходы источника напряжений смещения 8 подключены ко входам напряжений смещения усилителей с переменным коэффициентом усиления. Выходом фазовращателя 12 является выход блока преобразователя дифференциального сигнала в однополярный.

Каждая модифицированная ячейка Гильберта состоит из десяти МОП-транзисторов. При этом затворы первого и четвертого МОП-транзисторов являются высокочастотными входами модифицированной ячейки Гильберта. Истоки первого и второго МОП-транзисторов соединены со стоком девятого МОП-транзистора. Истоки третьего и четвертого МОП-транзисторов соединены со стоком десятого МОП-транзистора. Истоки девятого и десятого МОП-транзисторов подключен к общему узлу. Затворы девятого и десятого МОП-транзисторов подключены к первому выходу источника напряжений смещения, затворы второго и третьего МОП-транзисторов подключены ко второму выходу источника напряжений смещения. Стоки первого и третьего МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки пятого и шестого МОП-транзисторов. Стоки второго и четвертого МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки седьмого и восьмого МОП-транзисторов. Затворы пятого и восьмого МОП-транзисторов и затворы шестого и седьмого МОП-транзисторов представляют собой управляющие дифференциальные входы соответственно. Стоки пятого и седьмого МОП-транзисторов и стоки шестого и восьмого МОП-транзисторов подключены к двум входам цепи нагрузки соответственно.

Принцип работы высокочастотного фазовращателя (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) заключается в следующем.

Входной дифференциальный сигнал, проходя через квадратурный полифазный фильтр 1, преобразуется в два квадратурных дифференциальных сигнала на выходах полифазного фильтра, которые поступают на вход аналогового квадратурного сумматора 3, который осуществляет сложение квадратурных дифференциальных сигналов с весовыми коэффициентами, заданными двумя парами дифференциальных управляющих сигналов на его входах. Пара аналоговых дифференциальных управляющих сигналов формируется при помощи цифроаналогового преобразователя 2, который преобразует цифровой управляющий сигнал на его входах в дифференциальные аналоговые управляющие сигналы. Блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный 7 преобразует балансный сигнал в однополярный и осуществляет согласование выходного сигнала с нагрузкой. Сложение квадратурных дифференциальных сигналов в аналоговом квадратурном сумматоре осуществляется следующим образом. Квадратурные дифференциальные сигналы поступают на усилители с переменным коэффициентом усиления 4 и 5, коэффициент усиления которых зависит от входных управляющих сигналов. Сигналы с выходов усилителей с переменным коэффициентом усиления 4 и 5 складываются в цепи нагрузки.

Усилитель с переменным коэффициентом усиления в виде модифицированной ячейки Гильберта работает следующим образом. Входной сигнал, поступая на затворы первого и четвертого МОП-транзисторов, приводит к противофазному изменению токов стоков этих транзисторов. Это в свою очередь приводит к изменению токов стоков второго и третьего МОП-транзисторов. Причем изменение тока первого МОП-транзистора синфазно с изменением тока третьего МОП-транзистора, а изменение тока второго МОП-транзистора синфазно с изменением тока четвертого МОП-транзистора, так как суммарный ток первого и второго транзисторов, а также третьего и четвертого МОП-транзисторов не зависит от входного сигнала и определяется токами стоков девятого и десятого МОП-транзисторов соответственно. Далее ток первого МОП-транзистора складываются в фазе с током третьего МОП-транзистора, а ток второго МОП-транзистора складывается в фазе с током четвертого МОП-транзистора. Благодаря этому ток транзисторов удваивается, что позволяет в два раза уменьшить размеры транзисторов с первого по четвертый и, следовательно, в два раза уменьшить входную емкость сумматора, что приводит к уменьшению амплитудно-фазового дисбаланса на выходе квадратурного полифазного фильтра и, как следствие, уменьшению ошибки установки фазы. Цепь нагрузки обеспечивает сложение сигналов и питание транзисторов от шины питания 9.

На фиг. 2 представлен RLC-полифазный фильтр, а на фиг. 3 представлены результаты моделирования зависимости дисбаланса фаз от нагрузочной емкости RLC-квадратурного полифазного фильтра. Как видно из приведенной зависимости, уменьшение нагрузочной емкости позволяет уменьшить дисбаланс фаз. Таким образом, снижение входной емкости сумматора позволяет повысить точность установки фазы.

Построение фазовращателя на МОП-транзисторах на основе КМОП-технологии в отличие от прототипа, построенного на биполярных транзисторах на основе SiGe-технологии, позволяет снизить себестоимость фазовращателя, а также уменьшить ошибку установки фазы и потребляемой мощности фазовращателя.

Высокочастотный фазовращатель на МОП-транзисторах, включающий квадратурный полифазный фильтр, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый дифференциальный квадратурный сумматор, состоящий из цепи нагрузки и двух усилителей с переменным коэффициентом усиления в виде ячеек Гильберта, дифференциальные выходы которых подключены к цепи нагрузки, включенной между выходами аналогового сумматора и шины питания, блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный с согласующей цепью, входы преобразователя подключены к выходам аналогового сумматора, отличающийся тем, что аналоговый сумматор подключен к полифазному фильтру, усилители построены в виде модифицированных ячеек Гильберта, каждая из которых построена на МОП-транзисторах, при этом затворы первого и четвертого МОП-транзисторов являются высокочастотными входами, истоки первого и второго МОП-транзисторов соединены со стоком девятого МОП-транзистора, истоки третьего и четвертого МОП-транзисторов соединены со стоком десятого МОП-транзистора, исток девятого и десятого МОП-транзисторов подключен к общему узлу, затворы девятого и десятого МОП-транзисторов подключены к первому выходу источника напряжений смещения, затворы второго и третьего МОП-транзисторов подключены ко второму выходу источника напряжений смещения, стоки первого и третьего МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки пятого и шестого МОП-транзисторов, стоки второго и четвертого МОП-транзисторов подключены к узлу, к которому подключены истоки седьмого и восьмого МОП-транзисторов, затворы пятого и восьмого МОП-транзисторов и затворы шестого и седьмого МОП-транзисторов представляют собой управляющие дифференциальные входы соответственно, стоки пятого и седьмого МОП-транзисторов и стоки шестого и восьмого МОП-транзисторов подключены к двум входам цепи нагрузки соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую - нанесены электромагнитно связанные полосковые проводники: смещенные относительно друг друга протяженные широкие отрезки полосковых проводников, заземляемые на основание со стороны свободных концов, с противоположных - соединены между собой посредством протяженных отрезков полосковых проводников, с внутренней стороны - соединены с отрезками протяженных узких полосковых проводников, дважды изогнутых под прямым углом, при этом вдоль по их периметрам, внутри каждого расположены свернутые П-образно отрезки полосковых проводников, заземляемые на основание со стороны свободных концов, соединенные с внешней стороны с ортогонально расположенными протяженными широкими отрезками полосковых проводников, являющихся портами фильтра.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.

Тем-камера // 2606173
Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения заключается в том, что ТЕМ-камера содержит корпус в форме пирамиды, при этом в поперечном сечении центральная и сужающиеся части корпуса являются прямоугольником с соотношением сторон 1:1,15, причем длина центральной части равна ее ширине, а сужающиеся части выполнены с линейными углами сужения 32,7° и 36,7°, открытые концы которого имеют размер 7,2×8,4 мм и вдоль продольной составляющей сгибы для соединения со стягивающим кольцом, которое выполнено в форме цилиндра с прямоугольным вырезом внутри и отношением сторон 1:1,15, по краям которого имеются по меньшей мере четыре отверстия с резьбовым соединением для крепления с помощью винтов через токопроводящую пасту держателя под соединитель, который также имеет цилиндрическую форму с по меньшей мере четырьмя резьбовыми отверстиями и по меньшей мере пятью отверстиями под высокочастотный соединитель, четыре из которых выполнены с одинаковым диаметром, а пятое выполнено в виде коаксиального волновода с волновым сопротивлением 50 Ом, центральный проводник которого соединен при помощи пайки и соединения в паз с центральной пластиной, которая выполнена из проводящего материала толщиной 2 мм и шириной 1:1,3 по отношению к ширине центральной части корпуса, а на концах центральной пластины выполнено линейное сужение со ступенчатыми вырезами на кромках в форме дуги, причем сужение в начале выполнено под углом 46° на расстоянии толщины стягивающего кольца и под углом 61° на расстоянии от толщины стягивающего кольца до 5,5 мм, превышающем расположение ребер корпуса, в одной из стенок которого имеется прямоугольный вырез, кромки которого выполнены с фаской под угол 45°, для испытательного стола из проводящего материала, который имеет по меньшей мере одно отверстие для соединителя и фаску под углом 45°.

Использование: для создания волноводной нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что волноводная нагрузка содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, внутри которого вдоль двух широких стенок установлены поглотители, которые выполнены в виде плоских пластин из поглощающего материала, имеют одинаковую толщину, заполняют всю площадь двух широких стенок прямоугольного волновода, узкие стенки короткозамкнутого отрезка прямоугольного волновода выполнены с уменьшающейся высотой от начала нагрузки к ее концу и на короткозамкнутом конце нагрузки высота узких стенок волновода выбрана равной двум толщинам пластин из поглощающего материала.

Изобретение относится к радиотехнике. Полосовой фильтр образован прямоугольными волноводами, отделенными друг от друга вдоль середины имеющей большую ширину поверхности фильтра, и тонкой металлической пластиной, заключенной между прямоугольными волноводами.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике СВЧ, и предназначено для создания полосно-заграждающих фильтров на основе диэлектрических резонаторов преимущественно в дециметровом диапазоне длин волн.

Изобретение относится к области радиотехники и радиоэлектроники и может быть использовано для поглощения электромагнитного излучения на выходе сверхвысокочастного волноведущего тракта, а также входить в состав сложных сверхвысокочастотных функциональных узлов и устройств.

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах передатчиков, приемников, антенн РЛС для направленной передачи электромагнитных волн.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности устройств генерации и частотной модуляции за счет увеличения линейного участка частотной модуляционной характеристики при произвольных характеристиках нелинейного элемента.

Изобретение относится к автотранспортным средствам, в частности специального назначения, может быть использовано для повышения помехозащищенности бортового электрооборудования к внешнему высокочастотному электромагнитному полю при эксплуатации АТС в условиях сложной электромагнитной обстановки. Повышение помехозащищенности электрооборудования АТС к внешнему высокочастотному ЭМП достигается нанесением широкополосного радиопоглощающего материала как минимум на три взаимно перпендикулярные металлические внутренние поверхности того объема кузова АТС, в котором расположено защищаемое электрооборудование. Параметры широкополосного радиопоглощающего материала выбираются из учета начала ослабления ЭМП на заданной минимальной частоте диапазона частот, в котором наблюдается не менее 90% нарушений работоспособности электрооборудования при воздействии внешнего высокочастотного ЭМП. Способ позволяет перейти из режима стоячих волн на режим смешанных волн, за счет чего уменьшить во внутреннем объеме кузова АТС максимальные уровни ЭМП, вследствие чего улучшается электромагнитная обстановка и снижается влияние ЭМП на бортовое электрооборудование, тем самым происходит повышение его помехозащищенности. 3 ил.
Наверх