一种移相器的矢量合成结构的制作方法

一种移相器的矢量合成结构
【技术领域】
1.本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种移相器的矢量合成结构。


背景技术：

2.相控阵系统由于信号在某一方向可以叠加，所以它可以提高信噪比，并且具有波束赋形，波束扫描的功能。移相器作为相控阵系统的关键模块，其重要性不言而喻，根据移相器在系统中的位置可以分为本振移相，中频移相以及射频移相。现有的有源移相器架构如图1所示，包含正交产生器，vga，矢量合成单元以及dac。其中，如图2所示是现有的矢量合成架构，主要包含了吉尔伯特单元，为尾电流源偏置的dac电路，通过改变i，q两路的电流比值可以进行移相。
3.现有技术矢量合成由于采用的是吉尔伯特结构，致使mos管 m9-m14都工作在饱和区，并且会有一定的vdsat(饱和漏源电压)，rf差分对管的电压裕度会减小，摆幅减小，从而使线性度会较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述至少一个技术问题，提供移相器的矢量合成结构。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种移相器的矢量合成结构，包括：第一矢量合成支路和第二矢量合成支路；其中，
6.所述第一矢量合成支路包括：第一尾电流源、第一dac偏置电路、以及第一栅宽控制电路，所述第一尾电流源包括多个宽长比逐步递增的第一尾电流单元，所述第一dac偏置电路对应设置有多个第一电流镜偏置单元；
7.所述第二矢量合成支路包括：第二尾电流源、第二dac偏置电路、以及第二栅宽控制电路，所述第二尾电流源包括多个宽长比逐步递增的第二尾电流单元，所述第二dac偏置电路对应设置有多个第二电流镜偏置单元。
8.优选的，所述第一栅宽控制电路包括第一mos管、第二mos 管、第三mos管、以及第四mos管，所述第一mos管、第四 mos管的栅极相连并与第一输入信号连接，所述第二mos管、第三 mos管的栅极相连并与第二输入信号连接。
9.优选的，所述第二栅宽控制电路包括第五mos管、第六mos 管、第七mos管、以及第八mos管；所述第一mos管、第四 mos管的栅极相连并与第一输入信号连接，所述第二mos管、第三 mos管的栅极相连并与第二输入信号连接。
10.优选的，每个所述第一尾电流单元包括：第一一mos管、第一二mos管、以及第一三mos管，其中，第一一mos管、第一二 mos管的栅极分别通过第一开关、第二开关连接至所述第一dac偏置电路的第一端口，第一一mos管、第一二mos管的源极相连并连接至所述第一三mos管的漏极，所述第一三mos管的栅极连接至所述第一dac偏置电路的第二端口，所述第一三mos管的源极接地设置。
11.优选的，每个所述第二尾电流单元包括：第二一mos管、第二二mos管、以及第二三
mos管，其中，第二一mos管、第二二 mos管的栅极分别通过第三开关、第四开关连接至所述第二dac偏置电路的第三端口，第二一mos管、第二二mos管的源极相连并连接至所述第二三mos管的漏极，所述第二三mos管的栅极连接至所述第二dac偏置电路的第四端口，所述第二三mos管的源极接地设置。
12.优选的，所述第一尾电流源中多个第一尾电流单元的宽长比从到以二进制的形式递增，所述第二尾电流源中多个第二尾电流单元的宽长比从到以二进制的形式递增。
13.优选的，所述每个所述第一电流镜偏置单元包括：多个第一电流舵单元和对应数量的第一电流镜单元；
14.所述每个所述第二电流镜偏置单元包括：多个第二电流舵单元和对应数量的第二电流镜单元。
15.优选的，所述第一电流舵单元包括：第四一mos管、第五一 mos管、以及第五一开关，所述第四一mos管的栅极连接偏置电流，所述第四一mos管的源极与电源连接，所述第四一mos管的漏极连接至所述第五一mos管的源极，所述第五一mos管的栅极连接所述第五一开关，所述第五一开关的漏极连接至所述第一电流镜单元的端口。
16.优选的，所述第二电流舵单元包括：第四一mos管、第六一 mos管、以及第七一开关，所述第四一mos管的栅极连接偏置电流，所述第四一mos管的源极与电源连接，所述第四一mos管的漏极连接至所述第六一mos管的源极，所述第七一mos管的栅极连接所述第七一开关，所述第七一开关的漏极连接至所述第二电流镜单元的端口。
17.优选的，所述第一电流镜单元包括：第八五mos管、第八六 mos管、第八七mos管、以及第八八mos管，所述第八五mos 管、第八六mos管的漏极分别连接至端口ibias2，所述第八五mos 管、第八六mos管的栅极相连，所述八七mos管、以及第八八 mos管的漏极分别连接至所述所述第八五mos管、第八六mos管的源极，所述八七mos管、以及第八八mos管的栅极相连，并分别通过控制开关连接至所述端口ibias；所述第二电流镜单元的结构与所述第一电流镜单元的结构相同。
18.与相关技术相比，本发明在保证移相精度的同时，能提高有源移相器的线性度。
【附图说明】
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
20.图1为现有移相器架构图；
21.图2为现有矢量合成结构的原理图；
22.图3为本发明实施例的正交合成原理图；
23.图4为本发明实施例的矢量合成结构原理图；
24.图5为本发明实施例尾电流源i的原理图；
25.图6为本发明实施例尾电流源q的原理图；
26.图7为本发明实施例dac偏置电路原理图；
27.图8为本发明实施例采用的电流镜结构图；
28.图9为一种现有的电流镜结构图。
【具体实施方式】
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本实施例的合成原理如图3所示，移相器合成方式是正交合成，合成后的增益及相位分别为：
[0031][0032][0033]
其中，g
mi
，g
mq
分别为尾电流源i，和尾电流源q两路的跨导， i
ssi
，i
ssq
分别为尾电流源i，和尾电流源q两路的电流，r
out
为等效负载阻抗。
[0034]
由等式可知，改变尾电流源i，和尾电流源q两路电流比值，相位会发生变化，同时保证两路电流和不变，增益就不会变化。
[0035]
请参阅图4所示，基于上述原理，本发明实施例提供一种移相器的矢量合成结构，包括：第一矢量合成支路100和第二矢量合成支路 200。
[0036]
其中，所述第一矢量合成支路100包括：第一尾电流源110(尾电流源i)、第一dac偏置电路120、以及第一栅宽控制电路130。结合图5所示，所述第一尾电流源包括多个宽长比逐步递增的第一尾电流单元111，结合图7所示，所述第一dac偏置电路120对应设置有多个第一电流镜偏置单元121。
[0037]
所述第二矢量合成支路200包括：第二尾电流源210(微电流源 q)、第二dac偏置电路220、以及第二栅宽控制电路230。结合图5 所示，所述第二尾电流源210包括多个宽长比逐步递增的第二尾电流单元211，结合图7所示，所述第二dac偏置电路220对应设置有多个第二电流镜偏置单元221。
[0038]
在本实施例中，所述第一栅宽控制电路130包括第一mos管 m1、第二mos管m1、第三mos管m1、以及第四mos管m1，所述第一mos管m1、第四mos管m4的栅极相连并与第一输入信号 ip连接，所述第二mos管m2、第三mos管m3的栅极相连并与第二输入信号qn连接。
[0039]
在本实施例中，所述第二栅宽控制电路230包括第五mos管 m5、第六mos管m6、第七mos管m7、以及第八mos管m8；所述第一mos管m1、第四mos管m4的栅极相连并与第一输入信号 ip连接，所述第二mos管m2、第三mos管m3的栅极相连并与第二输入信号qn连接。
[0040]
在本实施例中，如图5所示，每个所述第一尾电流单元111包括：第一一mos管min1、第一二mos管min2、以及第一三mos 管min3，其中，第一一mos管min1、第一二mos管min2的栅极分别通过第一开关sin1、第二开关sin2连接至所述第一dac偏置电路的第一端口ibias1，第一一mos管min1、第一二mos管min2的源极相连并连接至所述第一三mos管min3的漏极，所述第一三 mos管min3的栅极连接至所述第一dac偏置电路的第二端口 ibias2，所述第一三
mos管min3的源极接地设置，本实施例中，附图标记min1中的n表示第n个第一尾电流单元中的第一一mos，如第一一mos管min1属于第1个第一尾电流单元时，表示为mi11，以上及以下的其余标记的表述类同，不再重复说明。
[0041]
在本实施例中，如图6所示，每个所述第二尾电流单元包括：第二一mos管mqn1、第二二mos管mqn2、以及第二三mos管 mqn3，其中，第二一mos管mqn1、第二二mos管mqn2的栅极分别通过第三开关sqn1、第四开关sqn2连接至所述第二dac偏置电路的第三端口qbias1，第二一mos管mqn1、第二二mos管 mqn2的源极相连并连接至所述第二三mos管mqn3的漏极，所述第二三mos管mqn3的栅极连接至所述第二dac偏置电路的第四端口qbias2，所述第二三mos管mqn3的源极接地设置。
[0042]
本实施例中，所述第一尾电流源中多个第一尾电流单元的宽长比从到以二进制的形式递增，所述第二尾电流源中多个第二尾电流单元的宽长比从到以二进制的形式递增。
[0043]
本实施例中，如图7所示，所述每个所述第一电流镜偏置单元120包括：多个第一电流舵单元121和对应数量的第一电流镜单元 122；所述每个所述第二电流镜偏置单元220包括：多个第二电流舵单元221和对应数量的第二电流镜单元222。
[0044]
本实施例中，如图7所示，所述第一电流舵单元121包括：第四一mos管mnb、第五一mos管min、以及第五一开关sin，所述第四一mos管mnb的栅极连接偏置电流bias，所述第四一mos管 mnb的源极与电源连接，所述第四一mos管mnb的漏极连接至所述第五一mos管min的源极，所述第五一mos管的栅极连接所述第五一开关sin，所述第五一开关sin的漏极连接至所述第一电流镜单元的第二端口ibias2。
[0045]
在本实施例中，如图7所示，所述第二电流舵单元221包括：第四一mos管mnb(与第一电流舵单元121共用)、第六一mos管 mqn、以及第七一开关sqn，所述第四一mos管mnb的栅极连接偏置电流bias，所述第四一mos管mnb的源极与电源连接，所述第四一mos管mnb的漏极连接至所述第六一mos管mqn的源极，所述第七一mos管的栅极连接所述第七一开关sqn，所述第七一开关 sin的漏极连接至所述第二电流镜单元的第四端口qbias2。
[0046]
本实施例中，第二电流镜单元222的结构与第一电流镜单元122 的结构相同，此处不再重复描述。
[0047]
在本实施例中，如图8所示，以第一电流镜单元122进行说明，其具体包括：第八一mos管min1、第八二mos管min2、第八四 mos管min4、以及第八五mos管min5，所述第八一mos管 min1、第八二mos管min2的漏极分别连接至第二端口ibias2，所述第八一mos管min1、第八二mos管min2的栅极相连，所述八四mos管min4、以及第八五mos管min5的漏极分别连接至所述第八一mos管min1、第八二min2mos管的源极；所述八四mos 管min4、以及第八五mos管min5的栅极相连，并分别通过控制开关连接至所述第二端口ibias2；所述第二电流镜单元的结构与所述第一电流镜单元的结构相同，此处不再重复描述。
[0048]
参考图9所示为另一种电流镜单元结构示意图，图9中m2的漏极最小电压为：
[0049]vd2min
＝v
n-v
th
＝v
gs1
+v
gs3-v
th
＝(v
gs1-v
th
)+(v
gs3-v
th
)+v
th
＝2v
ov
+v
th
[0050]
其中，v
ov
为过驱动电压，v
th
为阈值电压。
[0051]
如图7所示，m6的漏极最小电压为：
[0052]vd6min
＝2v
ov
[0053]
从上式中可以看图8中的m6输出漏极电位比图9中m2的输出漏极电位低了一个阈值电压，图8所示的电流镜单元可以获得更大的摆幅。本实施例中矢量合成尾电流源采用的是图8所示的电流镜，差分对可以获得更大的电压摆幅，从而获得更好的线性度。
[0054]
移相器从0度-360度移相过程中，尾电流源i、尾电流源q两路的电流一直在变化，例如从0度-90移相，i路电流逐渐减小，q 路电流逐渐增大，如果尾电流源i、尾电流源q采用固定的宽长比，那么对于q路，随着电流逐渐增大，mos管会进入到线性区，从而导致电流镜像产生误差，影响移相精度。为了解决此问题，本发明实施例采用了多对尾电流源，同时dac的电流镜偏置要与之对应，如图7所示。宽长比从到以二进制形式递增，若dac电流舵第 n位pmos导通时，下面的nmos电流镜偏置第n位也就导通，因为宽长比在增大，所以ibias电位始终保持不变，相对应的rf差分对也是第n位尾电流源导通，差分对源极电位也始终不变，尾电流源 mos始终处于饱和区，这样就保证了镜像的准确性，保证了移相的精度。
[0055]
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。