一种有源补偿环行器隔离度的电路的制作方法

本发明涉及射频前端集成电路设计技术领域，特别是涉及一种有源补偿环行器隔离度的电路。

背景技术：

环行器是有数个端的非可逆器件，是将进入其任一端口的入射波，按照确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件，其显著特点为能够单向传输高频功率，分为微光学光纤、电子环形器，在隔离器、双工器、反射放大器中有良好的应用。环形器在射频前端中可用作双工器，以将信号从发射机到天线以及从天线到接收机，而不允许信号直接从发射机到达接收机。

一般地，环形器由于器件的非线性及功率压缩，其隔离度在随着功率增加会压缩退化，需要进行改善。如图1所示，现有技术射频前端一般包含低噪声放大器(lna)u1、功率放大器(pa)u2、环行器(circulator)t1和天线ant1。其中，调制信号tx连接至功率放大器(pa)u2的输入端，用于将调制信号tx进行功率放大，经过功率放大的调制信号由功率放大器(pa)u2的输出端连接至环行器circulator)t1的发射输入口，经环行器circulator)t1单向传输至环行器circulator)t1的收发公共端，经天线ant1向空间辐射，由天线ant1接收到的响应信号经环行器circulator)t1单向传输至环行器circulator)t1的输出端，环行器circulator)t1的接收输出端连接至低噪声放大器(lna)u1的输入端，低噪声放大器(lna)u1用于将接收到的信号进行低噪声放大，其输出rx连接至解调电路。

环形器一般起双工器作用，功率单方向传输(pa至ant，ant至lna)的功率减少定义为插损；定义隔离度为pa至lna的功率泄漏，该指标影响电路线性度及可靠性，随着功率增大退化，需要改善。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种有源补偿环行器隔离度的电路，以有效减小功率放大器pa至低噪声放大器lna的泄漏功率从而改善隔离度。

为达上述目的，本发明提出一种有源补偿环行器隔离度的电路，包括：

低噪声放大器模块，用于将接收到的信号进行低噪声放大；

功率放大器模块，用于将调制信号tx进行功率放大；

环行器，用于将经过功率放大器模块放大的调制信号单向传输至环行器的公共端后经天线ant1向空间辐射，同时将由天线ant1接收到的响应信号经环行器单向传输至环行器的输出端后传输至所述低噪声放大器模块的输入端进行低噪声放大；

天线，用于向外辐射调制信号和接收调制信号；

补偿电路，用于将从功率放大器模块采样到的调制信号放大后与从环行器发射输入端泄漏到接收信号输出端的泄漏信号进行合成以降低泄漏到低噪声放大器模块的信号幅度。

优选地，所述补偿电路包括补偿级放大器u4和合成器u5，所述环行器的接收输出端连接至合成器u5的一输入端，所述补偿级放大器u4从所述功率放大器模块的输出对调制信号进行采样，采样的调制信号连接至补偿级放大器u4的输入端，补偿级放大器u4的输出端连接至所述合成器u5的另一输入端，所述合成器u5的输出端连接至所述低噪声放大器模块的输入端，所述低噪声放大器模块的输出端rx连接至后续电路。

优选地，所述功率放大器模块由一级功率放大器u2组成。

优选地，调制信号tx连接至所述功率放大器u2的输入端，所述功率放大器u2的输出直接连接至环行器t1的发射输入端，所述补偿级放大器u4从功率放大器u2的输出对调制信号进行采样，采样的调制信号连接至补偿级放大器u4的输入端。

优选地，所述功率放大器模块由两级功率放大器u2和u3组成。

优选地，调制信号tx连接至第一级功率放大器u2的输入端，第一级功率放大器u2的输出经过第二级功率放大器u3后再连接至所述环行器的发射输入端，所述环行器的收发公共端连接至天线，所述环行器的接收输出端连接至所述合成器的一输入端，所述补偿级放大器u4从第一级功率放大器u2的输出对调制信号进行采样，采样的调制信号连接至所述补偿级放大器u4的输入端，补偿级放大器u4的输出端连接至合成器u5的另一输入端，所述合成器u5的输出端连接至所述低噪声放大器模块的输入端，所述低噪声放大器模块的输出端rx连接至后续电路。

优选地，所述功率放大器模块的第二级功率放大器将信号反向，经环形器反向后，信号变为同向，从而实现pa输出信号经环形器后泄漏至所述低噪声放大器模块输入级的信号与补偿级输出信号进行反向合成。

优选地，所述补偿级放大器u4采用共源共栅放大器，以实现采样功率信号反向放大后与泄漏功率信号补偿，改善隔离度。

优选地，所述补偿级放大器u4包括输入nmos管min、输出nmos管mo、输入隔直电容cg、输入偏置电阻rg、输出隔直电容co、输出偏置电阻rb、负载电感ld和负载电容cd，其中，输入nmos管min、输入隔直电容cg和输入偏置电阻rg组成共源放大器，输出nmos管mo、输出隔直电容co、输出偏置电阻rb、负载电感ld和负载电容cd组成共栅放大器，两级级联组成补偿级放大器u4。

优选地，采样信号从功率放大器u2的输出端经输入隔直电容cg连接至输入nmos管min的栅极，偏置电压vb经输入偏置电阻rg连接至输入nmos管min的栅极，输入nmos管min的源极和衬底接地，输入nmos管min的漏极连接至输出nmos管mo的源极和衬底，电源电压vdd经输出偏置电阻rb连接至输出nmos管mo的栅极，输出nmos管mo的漏极经输出隔直电容co连接至合成器u5补偿输入端，电源电压vdd经负载电感ld和负载电容cd连接至输出nmos管mo的漏极。

与现有技术相比，本发明一种有源补偿环行器隔离度的电路,通过利用有源放大器进行泄漏功率补偿合成，有效减小功率放大器pa至低噪声放大器lna的泄漏功率从而改善隔离度，能够有效改善高功率下隔离度。

附图说明

图1为现有射频前端的结构示意图；

图2为本发明一实施例之一种有源补偿环行器隔离度的电路的结构示意图；

图3为本发明另一实施例之一种有源补偿环行器隔离度的电路的结构示意图；

图4为本发明具体实施例中补偿电路的细部结构图；

图5为本发明与现有技术的仿真对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一实施例之一种有源补偿环行器隔离度的电路的结构示意图。如图2所示，本发明一种有源补偿环行器隔离度的电路，包括：低噪声放大器(lna)模块10、功率放大器(pa)模块20、环行器(circulator)30、天线40和补偿电路50。

其中，低噪声放大器(lna)模块10由低噪声放大器u1组成，用于将接收到的信号进行低噪声放大；功率放大器(pa)模块20由一级功率放大器u2组成，用于将调制信号tx进行功率放大；环行器(circulator)30由环行器t1组成，用于将经过功率放大器(pa)模块20放大的调制信号单向传输至环行器circulator)t1的公共端后经天线ant1向空间辐射，同时将由天线ant1接收到的响应信号经环行器circulator)t1单向传输至环行器circulator)t1的输出端后传输至低噪声放大器(lna)u1的输入端进行低噪声放大；天线40由天线ant1组成，用于向外辐射调制信号和接收调制信号；补偿电路50由补偿级(cancellationstage)放大器u4和合成器u5组成，用于通过引入补偿级将从功率放大器(pa)模块20采样到的调制信号放大后与从环行器t1发射输入端泄漏到接收信号输出端的泄漏信号进行合成以降低泄漏到低噪声放大器(lna)模块10的信号幅度。

具体地，调制信号tx连接至功率放大器u2的输入端，功率放大器u2的输出直接连接至环行器t1的发射输入端(通常为小功率输出场合)，环行器t1的收发公共端连接至天线ant1，环行器t1的接收输出端连接至合成器u5的一输入端，补偿级(cancellationstage)放大器u4从功率放大器u2的输出对调制信号进行采样，采样的调制信号连接至补偿级(cancellationstage)放大器u4的输入端，补偿级(cancellationstage)放大器u4的输出端连接至合成器u5的另一输入端，合成器u5的输出端连接至低噪声放大器u1的输入端，低噪声放大器u1的输出端rx连接至后续电路如解调器。

图3为本发明另一实施例之一种隔离度有源补偿环形器的结构示意图。在本实施例中，功率放大器(pa)模块20由两级功率放大器u2和u3组成，补偿电路50引入的补偿级为反向有源放大器，其采样功率放大器pa中间级输出信号，功率放大器pa输出级将信号反向后，经环形器反向后，信号变为同向，从而实现pa输出信号经环形器后泄漏至接收机lna输入级的信号与补偿级输出信号进行反向合成，能够有效减小pa至lna的泄漏功率从而改善隔离度，具体地，补偿电路50由补偿级(cancellationstage)放大器u4和合成器u5组成。

具体地，调制信号tx连接至第一级功率放大器u2的输入端，第一级功率放大器u2的输出经过第二级功率放大器u3后再连接至环行器t1的发射输入端(通常为大功率输出场合)，环行器t1的收发公共端连接至天线ant1，环行器t1的接收输出端连接至合成器u5的一输入端，补偿级(cancellationstage)放大器u4从第一级功率放大器u2的输出对调制信号进行采样，采样的调制信号连接至补偿级(cancellationstage)放大器u4的输入端，补偿级(cancellationstage)放大器u4的输出端连接至合成器u5的另一输入端，合成器u5的输出端连接至低噪声放大器u1的输入端，低噪声放大器u1的输出端rx连接至后续电路如解调器。

图4为本发明具体实施例中补偿电路的细部结构图。在本发明具体实施例中，补偿级(cancellationstage)放大器u4采用共源共栅放大器实现，以实现采样功率信号反向放大后与泄漏功率信号补偿，改善隔离度，具体地，补偿电路50之补偿级(cancellationstage)放大器u4由输入nmos管min、输出nmos管mo、输入隔直电容cg、输入偏置电阻rg、输出隔直电容co、输出偏置电阻rb、负载电感ld和负载电容cd组成，输入nmos管min、输入隔直电容cg和输入偏置电阻rg组成共源放大器，输出nmos管mo、输出隔直电容co、输出偏置电阻rb、负载电感ld和负载电容cd组成共栅放大器，两级级联组成补偿级(cancellationstage)放大器u4。采样信号从功率放大器u2的输出端经输入隔直电容cg连接至输入nmos管min的栅极，偏置电压vb经输入偏置电阻rg连接至输入nmos管min的栅极，输入nmos管min的源极和衬底接地，输入nmos管min的漏极连接至输出nmos管mo的源极和衬底，电源电压vdd经输出偏置电阻rb连接至输出nmos管mo的栅极，输出nmos管mo的漏极经输出隔直电容co连接至合成器u5补偿输入端，电源电压vdd经负载电感ld和负载电容cd连接至输出nmos管mo的漏极。

图5为本发明与现有技术的仿真对比图。可见，通过本发明的有源补偿环行器隔离度，在输入中、高功率下改善了15-20db。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。