CN100559706C - 射频差分到单端转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频差分到单端转换器，该转换器的基本型式分为N型和P型两种，分别用N型晶体管和P型晶体管实现。N型和P型转换器结合，构成推挽型射频差分到单端转换器；其中，所述N型转换器和P型转换器的输出分别通过电容C1和C2交流耦合到输出端Vo；输入共用，即N型转换器的晶体管M1和P型转换器的晶体管M4使用同一输入端Vi+，N型转换器的晶体管M2和P型转换器的晶体管M3使用同一输入端Vi-；组成推挽型射频差分到单端转换器。本发明工作频率范围宽，能够提供额外增益，效率高，差分两路负载均衡，线性度好，易于在芯片上集成。

Description

射频差分到单端转换器

技术领域

本发明涉及一种射频电路，特别是涉及一种射频差分到单端转换器。

背景技术

发射机的最后一级一般是一个功率放大器，它输出一定的功率到天线，然后发射到空间。目前主流的功率放大器大都采用单端输入形式，而功率放大器之前的电路通常采用差分形式，以提高抑制噪声能力。因此需要在功率放大器之前插入一个差分到单端转换器。

目前主要使用两种差分到单端转换方法：

一种是使用巴伦(不平衡变压器)将差分信号合并成单端。其缺点是：差损大，实现的电路占用较大的面积，不容易在芯片上集成。

另一种方法是直接取差分输入中的一路(另外一路悬空，不用)。其缺点是，增益损失6dB，效率低，两路负载特性不均衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种射频差分到单端转换器，工作频率范围宽、功率损耗小、效率高、差分两路负载均衡、线性度好、易于在芯片上集成。

为解决上述技术问题，本发明的射频差分到单端转换器所采用的技术方案是：由并联的N型射频差分到单端转换器和P型射频差分到单端转换器组成，连接在电源与地线之间；

所述N型射频差分到单端转换器和P型射频差分到单端转换器的输出分别通过第一电容C1和第二电容C2交流耦合到输出端Vo；输入共用，即N型射频差分到单端转换器的第一晶体管M1和P型射频差分到单端转换器的第四晶体管M4使用同一差分输入信号正端Vi+，N型射频差分到单端转换器的第二晶体管M2和P型射频差分到单端转换器的第三晶体管M3使用同一差分输入信号负端Vi-；组成推挽型射频差分到单端转换器。

采用本发明的射频差分到单端转换器，可以使信号的工作频率范围宽、功率损耗小、效率高、差分两路负载均衡、线性度好；并具有易于在芯片上集成的优点。

由于存在源极跟随器，输出阻抗低，带宽大，可以使信号的工作频率范围宽。而巴伦的工作范围往往是窄通带。

功率损耗小、效率高。由于存在共源放大器，本身具有功率放大的作用，并且源极跟随器与共源放大器共享电流，提高了效率。而巴伦往往存在2-3dB的功率衰减，直接取一路更有6dB的功率衰减。

差分两路负载均衡。通过晶体管的尺寸匹配，差分两路负载可以达到较好的均衡。而直接取一路则使两路负载失衡，降低了对共模噪声的抑制能力。

线性度好。由于推挽特性，给输出电压提供了较大的摆幅空间，使其具有良好的线性度。

易于在芯片上集成。本发明仅使用晶体管和电容，在芯片上集成仅占用很小的面积；而在芯片上集成巴伦，一方面会占用很大的面积，另一方面巴伦的差损会很大，效率低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的N型射频差分到单端转换器的电路图；

图2是本发明的P型射频差分到单端转换器的电路图；

图3是本发明的推挽型射频差分到单端转换器的电路图

图4是本发明在图3基础上改进的推挽型射频差分到单端转换器的电路图。

具体实施方式

参见图1，本发明的N型射频差分到单端转换器包括两个N型晶体管即第一晶体管M1和第二晶体管M2，第一晶体管M1的源极与第二晶体管M2的漏极互连作为输出端Vo，第一晶体管M1的漏极接电源，第二晶体管M2的源极接地线，差分输入信号正端Vi+通过交流耦合(图中省略了直流偏置电路)输入到第一晶体管M1的栅极，差分输入信号负端Vi-通过交流耦合输入到第二晶体管M2的栅极。

第一晶体管M1构成源极跟随器，输出端Vo同向跟随差分输入信号正端Vi+。第二晶体管M2构成共源放大器，将差分输入信号负端Vi-反向放大。由于Vi+和Vi-是反向的，那么源极跟随器和共源放大器的输出是同向的，两者可以直接合并，完成差分到单端的转换功能。

共源放大器使得转换器具有一定增益。源极跟随器具有较小的输出阻抗，因此转换器具有较宽的工作频率范围。通过晶体管的尺寸匹配，差分两路负载可以达到较好的均衡。除此之外，该转换器还具有效率高、线性度好、易于在芯片上集成等优点。

图2是本发明的P型射频差分到单端转换器的电路图。它包括两个P型晶体管即第三晶体管M3和第四晶体管M4，第一晶体管M1的漏极与第二晶体管M2的源极互连作为输出端Vo，第三晶体管M3的源极接电源，第四晶体管M4的漏极接地线，差分输入信号正端Vi+通过交流耦合(图中省略了直流偏置电路)输入到第四晶体管M4的栅极，差分输入信号负端Vi-通过交流耦合输入到第三晶体管M3的栅极。

与图1所示的电路相对应，第四晶体管M4构成源极跟随器，晶体管第三M3构成共源放大器。

在图1、2的基础上可以组成推挽型射频差分到单端转换器。参见图3，它由并联的N型射频差分到单端转换器(以下简称N型转换器)和P型射频差分到单端转换器(以下简称P型转换器)组成，连接在电源与地线之间。

所述N型转换器和P型转换器的输出分别通过第一电容C1和第二电容C2交流耦合到输出端Vo；输入共用，即N型转换器的第一晶体管M1和P型转换器的第四晶体管M4使用同一差分输入信号正端Vi+，N型转换器的第二晶体管M2和P型转换器的第三晶体管M3使用同一差分输入信号负端Vi-。

第一晶体管M1和第四晶体管M4分别构成源极跟随器，分别通过交流耦合电容(C1和C2)耦合到输出端Vo，输出端Vo同向跟随差分输入信号正端Vi+。第二晶体管M2和第三晶体管M3分别构成共源放大器，分别通过交流耦合电容(C1和C2)耦合到输出端Vo，将差分输入信号负端Vi-反向放大。由于Vi+和Vi-是反向的，那么源极跟随器和共源放大器的输出是同向的，两者可以直接合并，完成差分到单端的转换功能。

如图4所示，在图3的基础上对所述的推挽型射频差分到单端转换器进一步改进，增加一个P型第五晶体管M5和一个N型第六晶体管M6；所述P型第五晶体管M5的源极接电源，栅极与所述P型转换器的第三晶体管M3的栅极互连，漏极与接N型转换器的输出连接；N型第六晶体管M6的源极接地线，栅极与N型转换器的第二晶体管M2的栅极互连，漏极接与P型转换器的输出连接。

第一晶体管M1和第四晶体管M4分别构成源极跟随器，分别通过交流耦合电容(C1和C2)耦合到输出端Vo，输出端Vo同向跟随差分输入信号正端Vi+。第二晶体管M2、第三晶体管M3、第五晶体管M5和第六晶体管M6分别构成共源放大器，分别通过交流耦合电容(C1和C2)耦合到输出端Vo，将差分输入信号负端Vi-反向放大。由于Vi+和Vi-是反向的，那么源极跟随器和共源放大器的输出是同向的，两者可以直接合并，完成差分到单端的转换功能。

Claims (2)

1、一种射频差分到单端转换器，其特征在于：由并联的N型射频差分到单端转换器和P型射频差分到单端转换器组成，连接在电源与地线之间；

所述N型射频差分到单端转换器和P型射频差分到单端转换器的输出分别通过第一电容(C1)和第二电容(C2)交流耦合到输出端(Vo)；输入共用，即N型射频差分到单端转换器的第一晶体管(M1)和P型射频差分到单端转换器的第四晶体管(M4)使用同一差分输入信号正端(Vi+)，N型射频差分到单端转换器的第二晶体管(M2)和P型射频差分到单端转换器的第三晶体管(M3)使用同一差分输入信号负端(Vi-)；组成推挽型射频差分到单端转换器；

所述N型射频差分到单端转换器包括两个N型晶体管，即第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)，第一晶体管(M1)的源极与第二晶体管(M2)的漏极互连作为输出端(Vo)，第一晶体管(M1)的漏极接电源，第二晶体管(M2)的源极接地线，差分输入信号正端(Vi+)通过交流耦合输入到第一晶体管(M1)的栅极，差分输入信号负端(Vi-)通过交流耦合输入到第二晶体管(M2)的栅极；

所述P型射频差分到单端转换器包括两个P型晶体管，即第三晶体管(M3)和第四晶体管(M4)，第三晶体管(M3)的漏极与第四晶体管(M4)的源极互连作为输出端(Vo)，第三晶体管(M3)的源极接电源，第四晶体管(M4)的漏极接地，差分输入信号正端(Vi+)通过交流耦合输入到第四晶体管M4的栅极，差分输入信号负端(Vi-)通过交流耦合输入到第三晶体管(M3)的栅极。

2、如权利要求1所述的射频差分到单端转换器，其特征在于：还包括一个P型第五晶体管(M5)和一个N型第六晶体管(M6)；所述P型第五晶体管(M5)的源极接电源，栅极与所述P型射频差分到单端转换器的第三晶体管(M3)的栅极互连，漏极与接N型射频差分到单端转换器的输出连接；N型第六晶体管(M6)的源极接地线，栅极与N型射频差分到单端转换器的第二晶体管(M2)的栅极互连，漏极接与P型射频差分到单端转换器的输出连接。

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