CN115865042A - 一种有源四功分器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源四功分器电路,包括输入电路、放大电路、偏置电路和功分电路，输入电路与放大电路连接，偏置电路为放大电路提供偏置电压，放大电路将信号传输至功分电路，功分电路设置有四个功分通道，功分通道用于连接外部负载。本发明电路结构简单易实现，设置功分通道实现一分四小型化、低功耗的功分器，可以直接在芯片中集成实现，放大电路不需要级联，克服了带宽过窄的问题。本发明的放大器数量较少，成本较低。

Description

一种有源四功分器电路

技术领域

本发明涉及功率分配器技术领域，特别是一种有源四功分器电路。

背景技术

专利号为CN104617906A的中国发明专利《有源多路功分器》中，记载了一种有源功分器实现方式，先对信号采用一分二功分器进行功分，然后在用放大器把信号放大之后，再用两组一分二功分器进行功分，从而构成四路功分器，此种方式虽然弥补了无源功分器的插损，但是却并不能缩减面积，实现中需要使用2个放大器，3个一分二功分器，电路结构较为复杂，成本也较高；专利号为CN207782760U的中国实用新型专利《宽带有源功分器及宽带有源功率合成器》中，记载了一种有源二功分器实现方式，采用了3个放大电路对信号进行放大分配，由于放大电路需要级联，会导致带宽过窄的问题，其次电路需要多个片外扼流电感给电路提供偏置，增加了电路使用复杂性和电路板的面积，且仅能实现2路分配，如果采用此种方案进行四路功分，还会增加额外放大电路进行级联。因此，发明一种电路简单且级联较少的四路功分电路是现阶段亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的功分器放大电路级联过多、电路复杂的技术问题。为此，本发明提出一种有源四功分器电路。

本发明提供的技术方案包括输入电路、放大电路、偏置电路和功分电路，输入电路与放大电路连接，偏置电路为放大电路提供偏置电压，放大电路将信号传输至功分电路，功分电路设置有四个功分通道，功分通道用于连接外部负载。

进一步地，输入电路包括电容C6、电感L3、电容C5和电阻R9，电容C6和电感L3串联，电容C5和电阻R9串联，电感L3与电容C5连接。

进一步地，放大电路包括晶体管M1、晶体管M2、电感L1和电感L2，晶体管M1与输入电路连接，电感L2与晶体管M1连接，晶体管M2与电感L1连接。

进一步地，偏置电路包括第一偏置电路和第二偏置电路，第一偏置电路用于为晶体管M1提供偏置电压，第二偏置电路用于为晶体管M2提供偏置电压。

进一步地，第一偏置电路包括晶体管M3,晶体管M3的漏极和栅极连接，晶体管M3的源极接地。

进一步地，第一偏置电路还包括电阻R10、电阻R11、电容C7和电感L4，电容C7的一端与电阻R11、电阻R10和电感L4相连接，电容C7的另一端接地。

进一步地，第二偏置电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、晶体管M4、晶体管M5和电容C8，二极管D1、二极管D2、晶体管M5、晶体管M4和二极管D3串联，二极管D1连接外部电压，二极管D3接地，电容C8与晶体管M2、晶体管M4和晶体管M5连接。

进一步地，：功分通道包括第一功分通道、第二功分通道、第三功分通道和第四功分通道，第一功分通道、第二功分通道、第三功分通道和第四功分通道分别与晶体管M2和电感L1连接。

进一步地，第一功分通道包括电阻R1和阻R5,第二功分通道包括电阻R2和电阻R6，第三功分通道包括电阻R3和电阻R7，第四功分通道包括电阻R4和电阻R8，电阻R1与电阻R5连接，电阻R2与电阻R6连接，电阻R3与电阻R7连接，电阻R4和电阻R8连接。

进一步地，第一功分通道设置有电容C1，第二功分通道设置有电容C2，第三功分通道设置有电容C3，第四功分通道设置有电容C4，电容C1与电阻R1和电阻R5连接，电容C2与电阻R2和电阻R6连接，电容C3与电阻R3和电阻R7连接，电容C4与电阻R4和电阻R8连接。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种有源四功分器电路,包括输入电路、放大电路、偏置电路和功分电路，输入电路与放大电路连接，偏置电路为放大电路提供偏置电压，放大电路将信号传输至功分电路，功分电路设置有四个功分通道，功分通道用于连接外部负载。本发明电路结构简单易实现，设置功分通道实现一分四小型化、低功耗的功分器，可以直接在芯片中集成实现，放大电路不需要级联，克服了带宽过窄的问题。本发明的放大器数量较少，成本较低。

附图说明

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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1是本发明的电路示意图；

图2是本发明的电路图；

其中：

100、输入电路；101、第一偏置电路；102、第二偏置电路；103、放大电路；104、功分电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明的实施例公开了一种有源四功分器电路，包括输入电路100、放大电路103、偏置电路和功分电路104，输入电路100与放大电路103连接，偏置电路为放大电路103提供偏置电压，放大电路103将信号传输至功分电路104，功分电路104设置有四个功分通道，功分通道用于连接外部负载。本发明电路结构简单易实现，设置功分通道实现一分四小型化、低功耗的功分器，可以直接在芯片中集成实现，放大电路103不需要级联，克服了带宽过窄的问题。本发明的放大器数量较少，成本较低。

在一些实施例中，参照图2，输入电路100设置RFi n接口，从卫星天线接收射频信号进入输入匹配电路，输入电路100包括隔直电容C6、电感L3、电容C5、电阻R9，其中C6与L3为串联连接，C5与R9串联连接。C6电容为射频隔直电容，防止偏置电压倒灌天线，造成损坏。电容C6和电感L3串联，电容C5和电阻R9串联为RC反馈电路，电感L3与电容C5串联滤除带外噪声信号，对射频信号进行阻抗和噪声系数匹配，对带外信号进行抑制和滤波，提高频带内信号的信噪比。

在一些实施例中，参照图2，输入电路100连接放大电路103，对输入信号进行放大，传输至功分电路104中。放大电路103包括晶体管M1、晶体管M2、电感L1和电感L2，晶体管M1与输入电路100连接，电感L2与晶体管M1连接，晶体管M2与电感L1连接。其中电感L1一端连接VCC节点，另一端与晶体管M2漏级相连接；电感L2一端连接参考GND，另一端与晶体管M1源级相连接。本实施例中的放大电路103为共源共栅核心放大结构，天线接收的信号在传输到M1栅极被放大成电流信号由晶体管M1漏极输出。反馈通过M1漏极进行反馈，有别于传统电阻式反馈取在共栅管的漏级结点，本发明的反馈点的好处有：在维持宽带宽的条件下能加强输出到输入的反向隔离能力。传统方案的反馈电阻连接输入和输出必然导致隔离度和电阻大小成正比，与带宽成反比，而本发明提出的方案电阻反馈点取在晶体管M1漏端，输出和输入没有通过电阻R9直接相连接，极大提高了在维持较高频带条件下的反向隔离度。

在一些实施例中，参照图2，偏置电路包括第一偏置电路101和第二偏置电路102，第一偏置电路101用于为晶体管M1提供偏置电压，第二偏置电路102用于为晶体管M2提供偏置电压。偏置电路单元为LNA提供稳定的直流静态工作点，并且具有温度补偿功能，使整体电路在高低温状态下性能都能正常工作。

在一些实施例中，参照图2，第一偏置电路101包括晶体管M3、电阻R10、电阻R11、电容C7和电感L4，晶体管M3的漏极和栅极连接，晶体管M3的源极接地，电容C7的一端与电阻R11、电阻R10和电感L4相连接，电容C7的另一端接地。利用第一偏置电路101中L4电感与M1栅极寄生电容谐振在高频部分，提高高频频段增益；通过电感L2提高M1栅极实部阻抗，电感L3综合晶体管M1栅极虚部部分使输入信号能被晶体管M1栅极吸收。提高输入信号低频到高频、宽频带输入驻波。

在一些实施例中，参照图2，第二偏置电路102包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、晶体管M4、晶体管M5和电容C8，二极管D1、二极管D2、晶体管M5、晶体管M4和二极管D3串联，二极管D1连接外部电压，二极管D3接地，电容C8与晶体管M2、晶体管M4和晶体管M5连接。第二偏置电路102中增加并联到地的电容C8，C8电容可以采取多个由大到小电容并联，对高低频噪声进行滤波压制，降低进入晶体管M2栅极的噪声；再采用有源器件二极管D1、二极管D2、晶体管M5、晶体管M4、二极管D3分压给晶体管M2栅极产生栅压，优化晶体管面积，减少电阻的使用，进一步降低噪声来源。通过上述手段低噪声放大器能表现出较佳的NF性能。晶体管M2输出信号传输到功分电路104，电感L1为射频扼流圈，防止信号泄露，其次为低噪声放大器提供漏级偏置电压，使漏级电压为电源电压，提高低噪声放大器功率输出能力。

在一些实施例中，电感L2和电感L3可通过金线提高电感Q值，降低噪声系数NF；其次电感L4电感能抑制电阻R11、电阻R10和晶体管M3的热噪声进入晶体管M1，起到阻塞抑制噪声的效果，在利用并联到地的电容C7对宽带噪声进行压制滤波。

在一些实施例中，功分电路104包括四个功分通道，功分通道包括第一功分通道、第二功分通道、第三功分通道和第四功分通道，第一功分通道包括电阻R1、电阻R5和电容C1,第二功分通道包括电阻R2、电阻R6和电容C2，第三功分通道包括电阻R3、电阻R7和电容C3，第四功分通道包括电阻R4、电阻R8和电容C4，电阻R1与电阻R5和电容C1分别连接，电阻R2与电阻R6和电容C2分别连接，电阻R3与电阻R7和电容C3分别连接，电阻R4和电阻R8和电容C4分别连接。其中电容C1、电容C2、电容C3和电容C4分别连接RFout1、RFout2、RFout3、RFout4对信号进行输出；电阻R1、电阻R5、电容C1构成一个T型连接通道，电阻R2、电阻R6、电容C2构成一个T型连接通道，电阻R3、电阻R7、电容C3构成一个T型连接通道，电阻R4、电阻R8、电容C4构成一个T型连接通道，总共四个输出通道。电容C1、电容C2、电容C3和电容C4主要起到隔直作用。采用电阻功分能极大缩减芯片面积，避免了使用占用面积的微带线结构。端口间的隔离由电阻构成双π衰构成，通过调节电阻大小调整通道间隔离度。以RFout1/RFout2端口隔离为例分析，R5、R1、R3和RFout3负载构成一组π衰，R4和RFout4负载、R2、R6构成另一组π衰。其中VCC直接连接电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8一端形成交流接地，避免通过电容接地降级芯片外围器件使用量。

本发明直接采用电阻构成功分电路104的主体结构，避免使用微带线、LC器件构成的传统威尔金森结构，极大的降低了电路面积，可以在0.25mm²芯片面积内上实现；其次本发明能替代传统一分二再二分四的一分四功分方案，节省PCB板面积。采用有源低噪声放大器的方式驱动电阻四功分器结构，降低了多路无源功分器噪声系数过高的问题，并达到较好效果。有源四功分器能对接收链路提供正向增益，避免链路增益不足时额外使用放大器，节省了在高精度导航应用中接收机成本。电阻功分电路104采用高电平交流接地，能共享VCC电源的滤波电路，降低外围PCB应用电路的复杂度。在晶体管M1漏极引入反馈电阻R9和电容C5，在抵消一定噪声增大带宽条件下，可以增大输出到输入端的反向隔离度，降低后级混频器本振信号向天线端馈通。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种有源四功分器电路，其特征在于，包括：输入电路、放大电路、偏置电路和功分电路，所述输入电路与所述放大电路连接，所述偏置电路为所述放大电路提供偏置电压，所述放大电路将信号传输至所述功分电路，所述功分电路设置有四个功分通道，所述功分通道用于连接外部负载。

2.根据权利要求1所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述输入电路包括电容C6、电感L3、电容C5和电阻R9，所述电容C6和电感L3串联，所述电容C5和电阻R9串联，所述电感L3与所述电容C5连接。

3.根据权利要求1所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述放大电路包括晶体管M1、晶体管M2、电感L1和电感L2，所述晶体管M1与所述输入电路连接，所述电感L2与所述晶体管M1连接，所述晶体管M2与所述电感L1连接。

4.根据权利要求3所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述偏置电路包括第一偏置电路和第二偏置电路，所述第一偏置电路用于为晶体管M1提供偏置电压，所述第二偏置电路用于为晶体管M2提供偏置电压。

5.根据权利要求4所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述第一偏置电路包括晶体管M3，所述晶体管M3的漏极和栅极连接，所述晶体管M3的源极接地。

6.根据权利要求4所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述第一偏置电路还包括电阻R10、电阻R11、电容C7和电感L4，所述电容C7的一端与电阻R11、电阻R10和电感L4相连接，所述电容C7的另一端接地。

7.根据权利要求4所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述第二偏置电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、晶体管M4、晶体管M5和电容C8，所述二极管D1、二极管D2、晶体管M5、晶体管M4和二极管D3串联，所述二极管D1连接外部电压，所述二极管D3接地，所述电容C8与所述二极管D2、晶体管M4和晶体管M5连接。

8.根据权利要求3所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述功分通道包括第一功分通道、第二功分通道、第三功分通道和第四功分通道，所述第一功分通道、第二功分通道、第三功分通道和第四功分通道分别与晶体管M2和电感L1连接。

9.根据权利要求8所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述第一功分通道包括电阻R1和电阻R5,所述第二功分通道包括电阻R2和电阻R6，所述第三功分通道包括电阻R3和电阻R7，所述第四功分通道包括电阻R4和电阻R8，所述电阻R1与电阻R5连接，所述电阻R2与电阻R6连接，所述电阻R3与电阻R7连接，所述电阻R4和电阻R8连接。

10.根据权利要求9所述的一种有源四功分器电路，其特征在于：所述第一功分通道设置有电容C1，所述第二功分通道设置有电容C2，所述第三功分通道设置有电容C3，所述第四功分通道设置有电容C4，所述电容C1与所述电阻R1和电阻R5连接，所述电容C2与所述电阻R2和电阻R6连接，所述电容C3与所述电阻R3和所述电阻R7连接，所述电容C4与所述电阻R4和电阻R8连接。

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