一种温度补偿均衡器的制作方法

本发明涉及集成电路领域，具体的，本发明涉及一种温度补偿均衡器。

背景技术：

随着电子对抗技术的不断发展，现代微波通信系统中收发信机使用的频率和带宽越来越高，且对电路的成本和集成度提出了更苛刻的要求。而射频收发电路中的带内平坦度和高低温状态下的增益波动问题，一直都是工程中需要解决的难题。收发信机中的有源及无源器件的传输系数|s21|一般都呈现低通特性，导致在不进行增益均衡的情况下，射频收发通道的增益会出现低频增益高、高频增益低的平坦度问题；同时由于有源器件和无源器件的电压传输系数|s21|会随着温度的升高而降低，收发信机在环境温度发生变化时，收发通道的增益会发生较大的波动。这使得在收发信机中添加均衡器和温补衰减器具有必要性。

以往使用多个电路实现均衡和温补的功能会过多的增加电路的面积、插入损耗和电路的复杂，而收发信机朝着更轻、更小、可靠性更高的方向发展，发明一种同时集成均衡功能和温补功能的结构会对电路各方面的性能得到优化。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种温补均衡器，所述温度补偿均衡器包含mos管m1～m4、电阻r1～r6、电阻rg1～rg4、电容c1和电感l1；

外部输入端in_p与mos管m1的漏极和电阻r1的第1端相连，外部输入端in_n与mos管m3的漏极和电阻r3的第1端相连，

电路的输出端out_p与mos管m2的源极和电阻r2的第2端相连，电路的输出端out_n与mos管m4的源极和电阻r4的第2端相连，

电阻r5的第1端和mos管m1的源极、电阻r1的第2端、mos管m2的漏极、电阻r2的第1端相连，

电阻r6的第2端和mos管m3的源极、电阻r3的第2端、第四mos管m4的漏极、第四电阻r4的第1端相连，

电容c1和电感l1并联后，第1端和电阻r5的第2端相连，第2端和电阻r6的第1端相连，

mos管m1的栅极和电阻rg1的第2端相连，mos管m2的栅极和电阻rg2的第2端相连，电阻rg1和电阻rg2的第1端和控制电压vctrl相连，

mos管m3的栅极和电阻rg3的第1端相连，mos管m4的栅极和电阻rg4的第1端相连，电阻rg1和电阻rg2的第2端和控制电压vctrl相连。

优选的，所述温度补偿均衡器还包含温度补偿电压源，所述温度补偿电压源能够将温度变化通过特定的传输函数转换为输出控制电压vctrl。

优选的，所述传输函数为：vctrl(t)＝r0*iref(t0)*[1+tciref*(t-t0)]，

其中，r0为电压输出端电阻，iref为基准电流，tciref为基准电流的温度系数，t0为常温，t为工作温度。

优选的，所述温度补偿电压源还配置有前向预测功能，根据历史温度数据，前向预测下一时刻的温度，并据此输出控制电压。

优选的，所述温度补偿电压源还配置有板间温度检测单元和板间湿度检测单元，温度补偿电压源可以根据板间温度和板间湿度预测采样延迟，将预测采样延迟作为前向预测的步长，即，若延迟0.5秒，则前向预测0.5秒，作为控制的基础。

优选的，述温度补偿均衡器在不同的温度下，对所述场效应管施加不同的栅极与源极之间的电压差vgs，使其导通电阻改变，从而补偿由于温度变化所带来的衰减量的变化。

优选的，所述温度补偿均衡器，所述mos管的导通电阻在高温时值小，在低温时值大。

优选的，所述温度补偿电压源包含ptat电源。

优选的，所述电阻r1～r6的电阻值小于电阻rg1～rg4的电阻值。

优选的，所述温度补偿电压源还具备环境温度校正单元，所述环境温度校正单元被配置用于克服温度补偿电压源中的板间温度对实际温度的影响，所述环境温度校正单元中，预存有不同板间温度、测量温度与实际温度之间的数学模型，当获得测量温度和板间温度时，根据所述模型获取实际温度。

通过本发明，解决了使用分离的均衡器和温补衰减器的集成度差、插入损耗大、电路复杂的问题，提高了收发信机的集成度，降低了电路的插入损耗，提升电路输入1db压缩点。

附图说明

图1为本发明所述带有温度补偿装置的均衡器工作原理示意图；

图2为本发明所述带有温度补偿装置的均衡器的结构示意图；

图3为本发明所述温度补偿均衡器的一个实施例的电路原理图；

图4为本发明所述温度补偿装置均衡器的一个实施例在常温和高、低温(-55℃、25℃和125℃)下的幅频特性曲线图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提供了一种温补均衡器，所述温度补偿均衡器包含mos管m1～m4、电阻r1～r6、电阻rg1～rg4、电容c1和电感l1；

外部输入端in_p与mos管m1的漏极和电阻r1的第1端相连，外部输入端in_n与mos管m3的漏极和电阻r3的第1端相连，

电路的输出端out_p与mos管m2的源极和电阻r2的第2端相连，电路的输出端out_n与mos管m4的源极和电阻r4的第2端相连，

电阻r5的第1端和mos管m1的源极、电阻r1的第2端、mos管m2的漏极、电阻r2的第1端相连，

电阻r6的第2端和mos管m3的源极、电阻r3的第2端、第四mos管m4的漏极、第四电阻r4的第1端相连，

电容c1和电感l1并联后，第1端和电阻r5的第2端相连，第2端和电阻r6的第1端相连，

mos管m1的栅极和电阻rg1的第2端相连，mos管m2的栅极和电阻rg2的第2端相连，电阻rg1和电阻rg2的第1端和控制电压vctrl相连，

mos管m3的栅极和电阻rg3的第1端相连，mos管m4的栅极和电阻rg4的第1端相连，电阻rg1和电阻rg2的第2端和控制电压vctrl相连。

优选的，所述温度补偿均衡器还包含温度补偿电压源，所述温度补偿电压源能够将温度变化通过特定的传输函数转换为输出控制电压vctrl。

优选的，所述传输函数为：vctrl(t)＝r0*iref(t0)*[1+tciref*(t-t0)]，

其中，r0为电压输出端电阻，iref为基准电流，tciref为基准电流的温度系数，t0为常温，t为工作温度。

优选的，所述温度补偿电压源还配置有前向预测功能，根据历史温度数据，前向预测下一时刻的温度，并据此输出控制电压。

优选的，所述温度补偿电压源还配置有板间温度检测单元和板间湿度检测单元，温度补偿电压源可以根据板间温度和板间湿度预测采样延迟，将预测采样延迟作为前向预测的步长，即，若延迟0.5秒，则前向预测0.5秒，作为控制的基础。

优选的，述温度补偿均衡器在不同的温度下，对所述场效应管施加不同的栅极与源极之间的电压差vgs，使其导通电阻改变，从而补偿由于温度变化所带来的衰减量的变化。

优选的，所述温度补偿均衡器，所述mos管的导通电阻在高温时值小，在低温时值大。

优选的，所述温度补偿电压源包含ptat电源。

优选的，所述电阻r1～r6的电阻值小于电阻rg1～rg4的电阻值。

优选的，所述温度补偿电压源还具备环境温度校正单元，所述环境温度校正单元被配置用于克服温度补偿电压源中的板间温度对实际温度的影响，所述环境温度校正单元中，预存有不同板间温度、测量温度与实际温度之间的数学模型，当获得测量温度和板间温度时，根据所述模型获取实际温度。

为了便于理解，下面将结合附图予以说明。

如图1所示，为本发明所述带有温度补偿装置的均衡器工作原理示意图；如图1(a)所示，均衡前系统在高温时衰减大，低温时衰减小，为了弥补由温度变化而引起的衰减变化，需要均衡器实现如图1(b)所示的幅频特性，即该均衡器在高温时衰减小，低温时衰减大。如使用n型mos管作为开关器件，受到温度补偿的栅极电压vctrl作为控制电压，源极与漏极之间通过一小电阻相连。因温度补偿栅极电压vctrl随温度变化，即高温时栅极电压vctrl值大，低温时栅极电压vctrl值小，所以栅极与源极之间的电压差vgs＝vctrl-vs也随温度而变化，且栅极与源极之间的电压差vgs与温度的关系可确保在开关场效应管导通时，导通电阻在高温时值小(衰减小)，导通电阻在低温时值大(衰减大)。

如图2所示，本发明所述的一种基于mos器件的温补均衡器，包括均衡器和温度补偿电压源。所述温度补偿电压源的输出端输出温度补偿控制电压vctrl，并与所述均衡器的控制端相连。

本发明所述的一种基于mos器件的温度补偿均衡器，其电路原理图如图3所示，由mos管(m1、m2、m3、m4)、小电阻(r1、r2、r3、r4、r5、r6)、大电阻(rg1、rg2、rg3、rg4)、电容(c1)和电感(l1)组成。电路的输入端in_p与第一mos管m1的漏极和第一电阻r1相连，电路的输入端in_n与第三mos管m3的漏极和第三电阻r3相连，电路的输出端out_p与第二mos管m2的源极和第二电阻r2相连，电路的输出端out_n与第四mos管m4的源极和第四电阻r4相连，第五电阻r5和第一mos管m1的源极、第一电阻r1的另一端、第二mos管m2的漏极和第二电阻r2的另一端相连，第六电阻r6和第三mos管m3的源极、第三电阻r3的另一端、第四mos管m4的漏极和第四电阻r4的另一端相连，电容c1和电感l1并联后一端和第五电阻r5的另一端相连，另一端和第六电阻r6的另一端相连。第一mos管m1的栅极和第七电阻rg1相连，第七电阻rg1的另一端和控制电压vctrl相连，第二mos管m2的栅极和第八电阻rg2相连，第八电阻rg2的另一端和控制电压vctrl相连，第三mos管m3的栅极和第九电阻rg3相连，第九电阻rg3的另一端和控制电压vctrl相连，第四mos管m4的栅极和第十电阻rg4相连，第十电阻rg4的另一端和控制电压vctrl相连。

本发明所述的温度补偿电压源内可包含ptat电源与运算放大电路，能够将温度变化通过特定的传输函数转换为输出控制电压vctrl。在不同的温度下调节mos管的导通电阻，可以确定控制电压与温度之间的关系，设计所述温度补偿电压源中输出电压vctrl与ptat电源的输出电流的传输函数时即利用所述关系。mos管导通时的导通电阻会受到栅极与漏极之间的电压差vgs控制：同样尺寸的mos管在不超过击穿电压时，vgs越大导通电阻越小；vgs越接近阈值电压则导通电阻越大。以n型mos场效应管(nmos管)为例，受到温度补偿的nmos管栅极电压vctrl作为控制电压，源极与漏极之间通过电阻相连，确保nmos管在导通时工作在可变电阻区，且导通电阻主要由栅极与漏极之间的电压差vgs＝vctrl-vs控制。当栅极与漏极之间的电压差vgs大于阈值电压时，nmos管导通，此时nmos管等效于一个小电阻，该等效电阻和r1、r2、r3、r4、r5、r6共同构成t型衰减网络。电容(c1)和电感(l1)构成谐振单元。当温度较高时，nmos管栅极电压vctrl较大，对应的栅极与漏极之间的电压差vgs值也就较大，这时nmos管的等效电阻值也就较小，该t型衰减网络的衰减量也就较小。同理，当温度较低时，nmos管栅极电压vctrl较小，对应的栅极与漏极之间的电压差vgs值也就较小，这时nmos管的等效电阻值也就较大，该t型衰减网络的衰减量也就较大。

其中，温度补偿电压源的输出端与mos开关的控制端相连。温度补偿电压源检测到装置工作的环境温度，并将不同的环境温度转换为不同的控制电压，供给mos开关的控制端。

本发明所述温度补偿电压源内可包含ptat电源与运算放大电路，能够将温度变化通过特定的传输函数转换为输出控制电压vctrl。在不同的温度下调节mos管的导通电阻，可以确定控制电压与温度之间的关系，设计所述温度补偿电压源中输出电压vctrl与ptat电源的输出电流的传输函数时即利用所述关系。

本发明所述温补均衡器由场效应管作为控制器件，控制输入信号所通过的网络。所述场效应管在导通时的导通电阻受温度影响，在不同的温度下对所述场效应管施加不同的栅极与源极之间的电压差vgs可使其导通电阻改变，从而补偿由于温度变化所带来的衰减量的变化。

本发明所述的温补均衡器的不同之处在于，温度补偿电压源的输出电压直接控制开关场效应管的栅极，从而控制场效应管的导通电阻大小，最终控制均衡器的衰减量大小。

图4所示为本发明所述的一种基于mos器件的温补均衡器实施例的仿真结果，其工作频率为15～18ghz，在不同温度下该温补均衡器(-55℃、25℃和125℃)的幅频特性曲线。从图4中可以看出，在保证了三温均衡量一定的前提下，实现了高温(125℃)状态插损最小，常温(25℃)状态插损居中，低温(-55℃)状态插损最大，实现了。同时由l1和c1设计的滤波网络在使用的频带15～18ghz内，呈现高通特性，保证了电路的插入损耗在15～18ghz频带内，更低频率处的插入损耗小于更高频率处的插入损耗，实现了均衡特性。

由于低温状态下，电路由于增益升高，低频率点的输入1db压缩点往往会恶化，而本发明中的温补均衡器补偿高低温增益的同时，又均衡了高频与低频的增益，对提升收发信机的输入1db压缩点也起到了作用。

由此可见，本发明的一种基于mos器件的温补均衡器具有集成度高、插入损耗小、提升电路输入1db压缩点等特点。该温补均衡器可以广泛应用于各种收发组件中，从而改善系统的带内波动，实现幅度的均衡，同时起到了补偿高低温增益的作用。该设计方法也可以应用于其他频段的均衡器设计里，在各种小型化系统中具有广阔的应用前景，在其他相关领域也有重要的应用价值。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、rom、ram等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。