一种有源巴伦架构和通信系统

本发明涉及通信，特别是涉及一种有源巴伦架构和通信系统。

背景技术：

1、巴伦(balun)是用于通信系统中单端信号转换为差分信号的结构，它能提升信号的传输效率和抗干扰能力，减小信号的失真和噪声，改善眼图质量。巴伦是单端通信系统接收端的核心器件。传统的基于无源器件的巴伦，通过电容、电感、传输线或同轴线缆等无源器件，实现单端信号转差分信号的功能。

2、有源巴伦相较于传统无源巴伦具有以下优点：1.可以提供增益，增强信号的强度，提升信噪比；2.可以提供缓冲，隔离信号源和负载，减小干扰；3.器件尺寸小，便于集成在芯片中。

3、然而由于有源巴伦的晶体管或三极管自身的特性，传统有源巴伦的输出信号间存在明显的差分输出幅值和相位误差。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有源巴伦架构和通信系统，旨在解决现有的有源巴伦存在明显的幅值和相位误差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种有源巴伦架构，其中，包括：第一反相放大器、第二反相放大器、求和器和倍乘器；所述第一反相放大器的输出端分别与所述求和器和所述第二反相放大器的输入端连接；所述倍乘器分别与所述第一反相放大器的输入端和所述第二反相放大器的输出端连接；第一输入信号从所述第一反相放大器的输入端输入，并从所述第二反相放大器的输出端输出为第一输出信号；其中，所述求和器用于获取所述第一输入信号和所述第一输出信号，并进行求和获得第一差分输出信号；所述倍乘器用于获取从所述第一反相放大器的输出端输出的中间节点信号，并将所述中间节点信号乘2后获得第二差分输出信号。

4、所述的一种有源巴伦架构，其中，所述第一反相放大器和所述第二反相放大器均为单位增益反相放大器。

5、所述的一种有源巴伦架构，其中，所述第一差分输出信号的计算公式为：

6、

7、其中，voutp为第一差分输出信号，ak为傅里叶系数，t为时间，ak为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的增益绝对值，为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的相位偏移，k为谐波的次数，t为所述输入信号的周期，j为虚数单位。

8、所述的一种有源巴伦架构，其中，所述第一差分输出信号的计算公式为：

9、

10、其中，voutp为第一差分输出信号，ak为傅里叶系数，t为时间，ak为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的增益绝对值，为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的相位偏移，k为谐波的次数，t为所述输入信号的周期，j为虚数单位。

11、所述的一种有源巴伦架构，所述第二差分输出信号的计算公式为：

12、

13、其中，voutn为第二差分输出信号，ak为傅里叶系数，t为时间，ak为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的增益绝对值，为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的相位偏移，k为谐波的次数，t为所述输入信号的周期，j为虚数单位。

14、所述的一种有源巴伦架构，所述有源巴伦架构的差分输出幅值误差的计算公式为：

15、

16、其中，error1为所述有源巴伦架构的差分输出幅值误差，ak为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的增益绝对值。

17、所述的一种有源巴伦架构，其中，所述有源巴伦架构的差分输出相位误差的计算公式为：

18、

19、其中，error2为所述有源巴伦架构的差分输出相位误差，为所述第一反相放大器和所述第二反相放大器在k次谐波频率处的相位偏移，k为谐波的次数。

20、所述的一种有源巴伦架构，其中，所述第一反相放大器包括：第一反相放大单元和第二反相放大单元；所述第二反相放大器包括：第三反相放大单元和第四反相放大单元；所述第一反相放大单元的输出端与所述第二反相放大单元的输入端连接，所述第二反相放大单元的输出端与所述第三反相放大单元的输入端连接，所述第三反相放大单元的输出端与所述第四反相放大单元的输入端连接。

21、所述的一种有源巴伦架构，其中，所述求和器包括：第五反相放大单元、第六反相放大单元和第七反相放大单元；所述第五反相放大单元的输入端与所述第四反相放大单元的输出端连接，所述第六反相放大单元的输入端与所述第一反相放大单元的输入端连接，所述第七反相放大单元的输入端分别与所述第五反相放大单元的输出端和所述第六反相放大单元的输出端。

22、所述的一种有源巴伦架构，其中，所述倍乘器包括：第八反相放大单元和第九反相放大单元；所述第八反相放大单元的输入端与所述第二反相放大单元的输出端连接，所述第九反相放大单元的输入端与所述第八反相放大单元的输出端连接。

23、本申请还公开了一种通信系统，其中，包括上述所述的有源巴伦架构。

24、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、本申请公开了一种有源巴伦架构和通信系统。所述有源巴伦架构包括：第一反相放大器、第二反相放大器、求和器和倍乘器；所述第一反相放大器的输出端分别与所述求和器和所述第二反相放大器的输入端连接；所述倍乘器分别与所述第一反相放大器的输入端和所述第二反相放大器的输出端连接；第一输入信号从所述第一反相放大器的输入端输入，并从所述第二反相放大器的输出端输出为第一输出信号；其中，所述求和器用于获取所述第一输入信号和所述第一输出信号，并进行求和获得第一差分输出信号；所述倍乘器用于获取从所述第一反相放大器的输出端输出的中间节点信号，并将所述中间节点信号乘2后获得第二差分输出信号。

26、在本申请中，通过上述由连续级连的反相放大器、求和器以及倍乘器构成的有源巴伦架构，即可获得更小的幅值误差和相位误差的差分输出信号。

技术特征：

1.一种有源巴伦架构，其特征在于，包括：第一反相放大器、第二反相放大器、求和器和倍乘器；

2.根据权利要求1所述的有源巴伦架构，其特征在于，所述第一反相放大器和所述第二反相放大器均为单位增益反相放大器。

3.根据权利要求2所述的有源巴伦架构，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的有源巴伦架构，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的有源巴伦架构，其特征在于，所述有源巴伦架构的差分输出幅值误差的计算公式为：

6.根据权利要求4所述的有源巴伦架构，其特征在于，所述有源巴伦架构的差分输出相位误差的计算公式为：

7.根据权利要求2所述的有源巴伦架构，其特征在于，所述第一反相放大器包括：第一反相放大单元和第二反相放大单元；所述第二反相放大器包括：第三反相放大单元和第四反相放大单元；

8.根据权利要求7所述的有源巴伦架构，其特征在于，所述求和器包括：第五反相放大单元、第六反相放大单元和第七反相放大单元；

9.根据权利要求7所述的有源巴伦架构，其特征在于，所述倍乘器包括：第八反相放大单元和第九反相放大单元；

10.一种通信系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的有源巴伦架构。

技术总结
本申请公开了一种有源巴伦架构和通信系统。有源巴伦架构包括：第一反相放大器、第二反相放大器、求和器和倍乘器；第一反相放大器的输出端分别与求和器和第二反相放大器的输入端连接；第一输入信号从第一反相放大器的输入端输入，并从第二反相放大器的输出端输出为第一输出信号；其中，所述求和器用于获取第一输入信号和所述第一输出信号，并进行求和获得第一差分输出信号；倍乘器用于获取从第一反相放大器的输出端输出的中间节点信号，并将中间节点信号乘2后获得第二差分输出信号。在本申请中，通过由连续级连的反相放大器、求和器以及倍乘器构成的有源巴伦架构，即可获得更小的幅值误差和相位误差的差分输出信号。

技术研发人员：潘权,周文韬,张阳奕,姚震宇,罗雄师
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29