用于高频频率源的宽带倍频电路的制作方法

本发明属于无线通信领域，涉及一种用于高频频率源的宽带倍频电路。

背景技术：

1、爆发式增长的高数据率无线通信需求推动着无线技术的发展，但是低频段日益“拥挤”的频谱资源成为制约其飞速发展的瓶颈之一。高频段存在大量未完全开发的可用资源，因此设计高频段频率源电路迫在眉睫。由于压控振荡器(vco)在高频段存在相位噪声差、调谐范围窄等缺点，倍频电路作为一种将输入信号频率成倍增加的电路系统，广泛地应用于各类无线收发系统中的频率源电路中。

2、倍频器级联vco产生高频信号有以下优势：降低vco的主振频率，进而降低vco的设计难度；拓展带宽，增加系统工作带宽；减少分频器的分频比，降低分频器设计难度；产生稳定的高频输出信号。但现有的倍频电路频带较窄，无法满足多频段、大带宽的应用，如何产生具有宽带特性的倍频电路是目前的一大设计挑战。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种应用于高频频率源的宽带倍频电路，在较宽的频带内实现低相位噪声、高频谱纯度和稳定的高频功率输出。

2、本发明的技术方案是：一种用于高频频率源的宽带倍频电路，包括倍频级自偏置电路、倍频级电路、缓冲级自偏置电路、缓冲级电路；

3、所述倍频级自偏置电路、倍频级电路、缓冲级自偏置电路、缓冲级电路共用一个直流电源，由倍频级自偏置电路为倍频级电路提供电源偏置和基极偏置；由缓冲级自偏置电路为缓冲级电路提供电源偏置和基极偏置；所述倍频级电路及其缓冲级电路采用基于开关电容阵列的rlc谐振腔作为负载，通过控制开关电容的开启或关断，改变rlc谐振腔的频率，使负载随着工作频率动态变化，实现宽带工作。

4、优选的，倍频级自偏置电路包括bipolar管t1、t2、t3、t4、t5，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6，电容c1；bipolar管t1的集电极、bipolar管t2的基极通过电阻r1连接到直流电源vcc，并通过电容c1接地，bipolar管t1的发射极通过电阻r2接地，bipolar管t1的基极连接到bipolar管t2的发射极、bipolar管t5和bipolar管t6的基极，并通过电阻r3接地；bipolar管t5的发射极通过电阻r5接地，bipolar管t5的集电极连接到bipolar管t4的发射极，bipolar管t4的基极通过电阻r6连接到bipolar管t4的集电极，之后连接到bipolar管t3的发射极，bipolar管t3的基极连接到bipolar管t3的集电极，并通过电阻r4连接到直流电源vcc，bipolar管t2的集电极连接到直流电源vcc。

5、优选的，所述倍频级电路包括bipolar管t6、t7、t8、t9、t10、t11，电阻r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13，电容c2、c3、c4、c5、c6，开关电容sc1、sc2、sc3，电感l1、l2；差分射频输入信号rfin+/rfin-分别通过电容c2、c3连接到bipolar管t8、t9的基极，bipolar管t7、t8、t9的发射极短接在一起并连接到bipolar管t6的集电极，bipolar管t6的发射极通过电阻r11接地，bipolar管t7的基极通过电容c4接地，bipolar管t8、t9的集电极短接在一起并连接到bipolar管t11的发射极，bipolar管t7的集电极连接到bipolar管t10的发射极，bipolar管t10的集电极通过并联r12、l1连接到直流电源vcc，bipolar管t11的集电极通过并联r13、l2连接到直流电源vcc，同时bipolar管t10、t11的集电极连接在开关电容sc1、sc2、sc3的两侧，倍频级自偏置电路中bipolar管t4的集电极分别通过电阻r8、r9、r10连接到bipolar管t7、t8、t9的基极，bipolar管t3的集电极通过bipolar管r7连接到bipolar管t10、t11的基极，bipolar管t5的基极连接到bipolar管t6的基极。

6、优选的，缓冲级自偏置电路包括bipolar管t12、t13、t14、t15、t16，电阻r14、r15、r16、r17、r18、r19，电容c7；bipolar管t12的集电极、bipolar管t13的基极通过电阻r14连接到直流电源vcc，并通过电容c7接地，bipolar管t12的发射极通过电阻r15接地，bipolar管t12的基极连接到bipolar管t13的发射极、bipolar管t16和bipolar管t17的基极，bipolar管t13的发射极通过电阻r16接地，bipolar管t16的发射极通过电阻r18连接到地，bipolar管t16的集电极连接到bipolar管t15的发射极，bipolar管t15的基极通过电阻r19连接到bipolar管t15的集电极，之后连接到bipolar管t14的发射极，bipolar管t14的基极连接到bipolar管t14的集电极，并通过电阻r17连接到直流电源vcc，bipolar管t13的集电极连接到直流电源vcc。

7、优选的，缓冲级电路包括bipolar管t17、t18、t19、t20、t21，电阻r20、r21、r22、r23、r24、r25，电容c8、c9，开关电容sc4、sc5、sc6，电感l3、l4；倍频级电路的输出差分信号分别通过电容c5、c6连接到bipolar管t18、t19的基极，bipolar管t18、t19的发射极短接在一起并连接到bipolar管t17的集电极，bipolar管t17的发射极通过电阻r23接地，bipolar管t19的集电极连接到bipolar管t21的发射极，bipolar管t18的集电极连接到bipolar管t20的发射极，bipolar管t20的集电极通过并联r24、l3连接到直流电源vcc，bipolar管t21的集电极通过并联r25、l4连接到直流电源vcc，bipolar管t20、t21的集电极连接在开关电容sc4、sc5、sc6的两侧，缓冲级自偏置电路中t15的集电极分别通过电阻r21、r22连接到bipolar管t18、t19的基极，缓冲级自偏置电路中t14的基极通过电阻r20连接到bipolar管t20、t21的基极。

8、优选的，开关电容sc1和sc4的电容值相同；开关电容sc2和sc5的电容值相同，是开关电容sc1和sc4电容值的两倍；开关电容sc3和sc6的电容值相同，是开关电容sc1和sc4电容值的四倍。

9、优选的，所述电阻r24、电阻r25的阻值为45-60ω，实现将缓冲级电路的输出阻抗匹配至差分100ω，无需额外配置匹配电路。

10、优选的，调节电感l1、l2、l3、l4和开关电容sc1-sc6的值，改变宽带倍频电路的工作频率，带宽能够达到8ghz-16ghz，相对带宽为66.7％。

11、优选的，倍频级电路中bipolar管t8和t9为一组对称器件，bipolar管t8、t9与bipolar管t7为一组对称器件，对称器件在版图中要保持对称布置。

12、优选的，所述bipolar管t8、t9尺寸相同，bipolar管t7的尺寸是bipolar管t8、t9尺寸之和。

13、本发明应用于高频频率源的宽带倍频电路与传统的设计方案相比具有以下几个明显的优点：

14、(1)本发明倍频级电路和缓冲级电路均采用自偏置，只需要一个电源即可，不需要额外的直流电压源，结构简单，使用方便。

15、(2)本发明采用基于开关电容阵列的rlc谐振腔作为倍频级电路及其缓冲级电路的负载，通过控制开关电容的开启或关断，改变rlc谐振腔的频率，使负载随着工作频率动态变化，实现宽带工作。

16、(3)本发明采用平衡结构来实现倍频功能，该结构具有良好的奇次谐波抑制能力，提升输出信号的频谱纯度。

17、(4)本发明将有源巴伦电路和倍频电路结合起来，避免使用单端转差分的变压器电路，节省芯片面积，降低成本。

18、(5)本发明电阻r24、电阻r25的阻值为45-60ω，实现将缓冲级电路400的输出阻抗匹配至差分100ω，无需额外配置匹配电路。