配置为基于单端输入提供一对差分输出的单端差分转换器的制作方法

本发明涉及一种内部匹配的有源单端差分射频(RF)转换器。

背景技术：

单端差分转换器将单端信号转换为包括两个互补(彼此180度异相) 信号的差分信号。差分信号可以经由例如双绞线电缆传输，并且通常提供较高的信噪比且比单端信号更能够抵抗电磁干扰。单端差分转换器可以在例如收发器系统中使用。转换器可以驱动模数转换器(ADC)或结合例如移相器中的正交产生电路使用。单端差分转换器可以利用无源或有源元件来实施。无源元件方法(例如，环形波导耦合器)占据大量的芯片区域。使用有源元件(例如，具有共基极放大器的共射极放大器)的当前单端差分转换器归因于两个晶体管之间的失配而具有精确度问题。因此，可希望提供有源单端差分转换器，其需要较少芯片空间并同时避免其它有源元件方法的精确度问题。

技术实现要素：

在示例性实施例中，一种配置为基于单端输入提供一对差分输出的单端差分转换器包括：配置为接收单端输入的输入节点；连接至电源引脚的第一晶体管；以及连接至电源引脚的第二晶体管，第一晶体管和第二晶体管在相同大小的直流(DC)作用下偏压，并且在第一晶体管和第二晶体管的各自集电极处产生所述对差分输出。

根据另一个实施例，一种在集成电路上装配单端差分转换器的方法包括：布置输入节点以接收输入信号；布置第一晶体管使得第一晶体管的集电极耦合至集成电路的电源引脚；布置第二晶体管使得第二晶体管的集电极耦合至的电源引脚；使第一晶体管和第二晶体管在相同大小的直流(DC) 作用下偏压；并且在第一晶体管和第二晶体管的相应集电极处产生一对差分输出。

根据结合附图取得的本发明的以下详述可容易地明白以上特征和优点以及本发明的其它特征和优点。

附图说明

仅仅举例而言，其它特征、优点和细节表现在实施例的以下详述中，所述详述参考图式，其中：

图1是根据示例性实施例的宽带有源单端差分转换器的方框图；以及

图2是根据示例性实施例的窄带有源单端差分转换器的方框图。

具体实施方式

以下描述仅仅具有示例性本质并且不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个图式中，对应的参考数字指示相似或对应的部分和特征。

本文讨论的实施例涉及依赖于晶体管的固有特性以用于差分信号产生的有源单端转换器。对固有特性的依赖性促进差分信号的一致性和精确产生。根据本文详述的实施例的转换器与现有方法相比改进高频下的振幅 /相位误差以及输入和输出匹配。

根据本发明的示例性实施例，图1中示出了宽带有源单端差分转换器 100。电压源Vs 10和源阻抗Rs 12在节点1处、单端差分转换器100的输入处呈现RF输入。根据图1中所示的示例性实施例的单端差分转换器100 包括电容器Ccc1 15以隔离Vs 10处的直流(DC)偏压。阻抗RE1 7与Ccc1 15串联连接并且产生电压VE1(Q3 30的集电极处的晶体管Q1 20的射极电压)。当在方程式1中时，实现输入阻抗匹配。

在方程式1中，gmQ1是Q1 20的跨导。

Q3 30(VCCS1)的射极电压是在QCS1 35的集电极处，QCS1 35在其射极处具有负反馈阻抗RCS1 32以向Q1 20和Q3 30分支提供偏压电流。电容器CBB 37和电阻器RBB 39连接至Q3 30的基极。RBB 39还连接至Q2 50 的基极。具有电压VE2的Q2 50的射极包括电阻器REE 38和另一个CBB 37。电容器CBB 37以目标频率形成交流(AC)接地。晶体管QCS2 45的基极连接至QCS1 35的基极和QCS3 55的基极。因此，QCS1 35、QCS2 45和QCS3 55 共享相同基极电压。QCS1 35和RCS1 32以及QCS2 45和RCS2 47的组合的目的是提供DC电流以使得晶体管Q1 20、Q2 50和Q3 30能够以关注频率操作。此频率可以例如介于22千兆赫(GHz)与29GHz之间(例如，24GHz) 或介于76GHz与81GHz之间(例如，77GHz)。电阻器RCS2 47是在QCS2 45的射极处。晶体管Q3 30、QCS1 35和QCS2 45促进单端差分转换器100 的温度补偿并且确保对温度变动的RF性能不灵敏性。当产生RF差分信号的两个分支的晶体管Q1 20和Q2 50是在相同大小的DC下偏压时，实现振幅和相位平衡。为了确保尾电流源QCS1 35和QCS2 45具有相同大小的 DC，它们的集电极电压VCSS1和VCSS2可以被控制为相等的。这些电压是由以下项给定：

VCSS1＝VE1-IB3RBB-VBE3 [方程式2]

VCSS2＝VE1-VBE2-IE2REE [方程式3]

在方程式2中，IB3是经过Q3 30的基极处的RBB 39的电流，且在方程式3中，IE2是经过Q2 50的射极处的REE的电流。通过选择Q2 50和Q3 30的大小使得VBE2＝VBE3并且通过选择RBB 39和REE 38使得IB3RBB＝IC2REE， VCSS1和VCSS2可相等。

恒定电压VBB 25是在Q1 20的基极处，且Q1 20的集电极(节点2) 提供一个差分输出。集电极供应电压Vcc 40是上面形成单端差分转换器 100的集成电路101的电源引脚。供应电压Vcc 40是在QCS3 55的集电极处。电流源ICS 57是在QCS3 55的集电极处，且阻抗RCS3 49是在QCS3 55 的射极处。QCS3 55和RCS3 49形成基极偏压产生电路以将电流源ICS 57变换为参考基极电压使得基极偏压产生电路基极电压可以用来将QCS1 35和 QCS2 45偏压。当RF输入施加于单端差分转换器100时，Vcc 40提供供应电压使得DC供应电流可通过Rcc 22流至Q1 20的集电极处的节点2且还通过RCC 22流至节点3。Q1 20和Q2 50的集电极处的节点2和3分别提供通过CCC2 42的输出，其产生跨RL 60在相位上间隔180度的两个输出(差分信号)。理论上，两个输出(跨RL 60)具有相同振幅和180度相差。

根据本发明的另一个示例性实施例，图2中示出了RF窄带有源单端差分转换器200。单端差分转换器100的性能在较低频率下是更好的。因此，当前实施例称为窄带，而先前讨论的实施例称为宽带。如图1和2的比较指示，两个Rcc 22用电感器Lcc 210取代。这增加了Q1 20和Q2 50 的增益并且在节点2和3处共振出寄生电容以改进高频性能。中心频率可以为约例如77GHz，其中振幅/增益差在20GHz与120GHz之间是在0.3 分贝(dB)内。20GHz与120GHz之间的相差可以在180度的5度内。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以作出各种改变且等效物可以替换为其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围，可以作出许多修改以使特定情形或材料适用于本发明的教导。因此，希望本发明不限于所公开的特定实施例，但是本发明将包括落在应用范围内的全部实施例。