本發(fā)明專利技術(shù)的名稱為寬帶巴倫結(jié)構(gòu)。本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種具有與90度混合器耦合的正向和負(fù)向信號(hào)路徑的巴倫結(jié)構(gòu)。正向信號(hào)路徑具有在混合器的端口1上提供360度相移的電路跡線和相位整形器結(jié)構(gòu)。負(fù)向信號(hào)路徑具有在混合器的端口2上提供450度相移的電路跡線和二階相位整形器。端口1與混合器的端口3耦合并且充當(dāng)輸出端口。一階相位整形器和二階相位整形器補(bǔ)償由與輸出端口耦合的信號(hào)線纜引起的信號(hào)損失并且提供從直流到至少15GHz的頻帶以及預(yù)沖少于10%的瞬態(tài)響應(yīng)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
寬帶巴倫結(jié)構(gòu)本申請(qǐng)要求于2011年7月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/509,365的優(yōu)先權(quán)，并且通過引用將美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/509,365的內(nèi)容并入本文，如同這樣的內(nèi)容在本文中全部被陳述一樣。
技術(shù)介紹
出于諸如電源(及其他共模)噪聲抗擾度、偶次諧波失真消除、直流偏置項(xiàng)消除、由于兩個(gè)輸出上的擺幅所引起的增大的動(dòng)態(tài)范圍等原因，通常將寬帶直流耦合放大器設(shè)計(jì)為帶有差分輸入和輸出。對(duì)于在一個(gè)小片、一個(gè)封裝或甚至在一個(gè)電路板上的放大器之間的互連而言，差分互連的花費(fèi)與差分設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)相比是小的。然而，對(duì)于模塊之間的互連、諸如有源探頭與示波器之間的互連而言，差分互連的成本常常是非常高的。不僅需要兩個(gè)同軸電纜而不是一個(gè)(增加成本和體積并且降低靈活性)，而且這兩個(gè)同軸電纜還需要緊密匹配以防止從差模到共模的模式轉(zhuǎn)換以及從共模到差模的模式轉(zhuǎn)換。已知在單端信號(hào)與差分信號(hào)之間轉(zhuǎn)換的各種無(wú)源互連結(jié)構(gòu)，在時(shí)域應(yīng)用中常被稱為“巴倫(balun)”和/或在頻域應(yīng)用中常被稱為“180°混合器(hybrid)”。寬帶直流耦合無(wú)源巴倫受限于至少3dB的損失，這是由于在直流上沒有能量可以與對(duì)“反向”輸出的電容或電感耦合相耦合，并且因此半數(shù)的單端輸入功率表現(xiàn)為差分輸出上“被浪費(fèi)的”共模能量。(等同地，對(duì)于將差分輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出的巴倫而言，“反向”輸入中半數(shù)的差分功率不能與輸出耦合并且因而被損失。)這種對(duì)稱性也可以從無(wú)源元件的可逆性推出，其中無(wú)源巴倫結(jié)構(gòu)的功率損失與其是被用于將平衡轉(zhuǎn)換為不平衡還是被用于將不平衡轉(zhuǎn)換為平衡無(wú)關(guān)。通常，巴倫被設(shè)計(jì)用于RF應(yīng)用，并且很少或不對(duì)巴倫的瞬態(tài)響應(yīng)給予考慮。這樣的裝置中的瞬態(tài)響應(yīng)可具有可觀的預(yù)沖(pre-shoot)或預(yù)沖和過沖(overshoot)。然而，在某些應(yīng)用中，諸如在具有與示波器耦合的差分信號(hào)采集探頭的信號(hào)采集系統(tǒng)中，巴倫的瞬態(tài)響應(yīng)應(yīng)具有很少的預(yù)沖或者沒有預(yù)沖。此外，巴倫需要具有向下擴(kuò)展至直流的寬的帶寬以用于使寬范圍的差分信號(hào)與示波器耦合。另外，巴倫應(yīng)為信號(hào)采集探測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)線纜中的信號(hào)損失提供補(bǔ)償。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的寬帶巴倫補(bǔ)償了由信號(hào)采集探測(cè)系統(tǒng)中的信號(hào)線纜引起的信號(hào)損失，將寬帶巴倫的帶寬從直流擴(kuò)展為至少15GHz的系統(tǒng)響應(yīng)，并且具有預(yù)沖不多于10%的瞬態(tài)響應(yīng)。所述寬帶巴倫具有用于正向差分信號(hào)的第一信號(hào)路徑和用于負(fù)向差分信號(hào)的第二信號(hào)路徑。90度混合器與所述第一信號(hào)路徑耦合以在第一端口上接收所述正向差分信號(hào)并且與所述第二信號(hào)路徑耦合以在第三端口上接收所述負(fù)向差分信號(hào)。所述第一端口與所述90度混合器的第二端口耦合并且充當(dāng)輸出端口，而所述90度混合器的第四端口與所述第三端口耦合并且經(jīng)由終端電阻器與信號(hào)地耦合。信號(hào)線纜與所述90度混合器的輸出端口耦合，其中具有一階相位整形器(phaseshaper)的所述第一信號(hào)路徑和具有二階相位整形器的所述第二信號(hào)路徑用于補(bǔ)償由所述信號(hào)線纜引起的信號(hào)損失并且提供從直流到至少15GHz的頻帶以及預(yù)沖少于10%的瞬態(tài)響應(yīng)。所述寬帶巴倫的第一信號(hào)路徑具有提供λ/2相移的電路跡線和提供λ/2相移的一階相位整形器，從而在所述90度混合器的第一端口上產(chǎn)生360度相移。所述第二信號(hào)具有提供λ/4相移的電路跡線和提供λ/2相移的二階相位整形器，從而在所述二階移相器的輸出上產(chǎn)生270度相移，所述270度相移在被加到所述負(fù)向差分信號(hào)的180度相移上時(shí)在所述90度混合器的第三端口上產(chǎn)生450度相移。所述寬帶巴倫優(yōu)選地被形成為帶狀線結(jié)構(gòu)。當(dāng)結(jié)合所附權(quán)利要求和附圖閱讀以下詳細(xì)說明時(shí)，本專利技術(shù)的目的、優(yōu)點(diǎn)以及新穎性特征將從中顯而易見。附圖說明圖1是適用于根據(jù)本專利技術(shù)的寬帶巴倫結(jié)構(gòu)的電氣系統(tǒng)的框圖。圖2是使用根據(jù)本專利技術(shù)的寬帶巴倫結(jié)構(gòu)的信號(hào)采集探測(cè)系統(tǒng)的框圖。圖3示出了根據(jù)本專利技術(shù)的寬帶巴倫結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。圖4示出了根據(jù)本專利技術(shù)的寬帶巴倫結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的物理布局。圖5示出了典型巴倫與根據(jù)本專利技術(shù)的寬帶巴倫的相對(duì)相位。圖6示出了典型巴倫和根據(jù)本專利技術(shù)的寬帶巴倫的瞬態(tài)響應(yīng)曲線。圖7示出了信號(hào)線纜、根據(jù)本專利技術(shù)的巴倫以及具有寬帶巴倫與所述信號(hào)線纜的組合的系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。圖8示出了信號(hào)線纜、根據(jù)本專利技術(shù)的巴倫以及具有寬帶巴倫與所述信號(hào)線纜的組合的系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的寬帶巴倫使用移相器、相位整形器和90°混合器以使90°混合器的輸出上的差分信號(hào)的負(fù)向信號(hào)相移180°。當(dāng)使用90°混合器使差分放大器輸出通過單端線纜與單端輸入耦合或者等同地使單端放大器輸出通過單端線纜與差分輸入耦合時(shí)，直流上的3dB功率損失可被用于補(bǔ)償由線纜中的高頻衰減所引起的多達(dá)3dB的線纜損失，線纜中的高頻衰減產(chǎn)生自集膚效應(yīng)和/或介電吸收。換句話說，其他方面浪費(fèi)的高頻功率可被用在其他方面未被使用的輸出側(cè)，通過混合器耦合，以彌補(bǔ)線纜損失，并且因而保持總體平坦的響應(yīng)而不存在有源線纜補(bǔ)償電路的額外噪音或動(dòng)態(tài)范圍損失。由移相器和相位整形器構(gòu)成的相移網(wǎng)絡(luò)可被用在一個(gè)或兩個(gè)支路(leg)中以拓寬或縮窄90°混合器的頻率范圍。在這種情況下，該范圍被調(diào)諧以匹配線纜中的損失，以便使系統(tǒng)的幅度對(duì)頻率響應(yīng)平坦。同樣地，相移網(wǎng)絡(luò)可被用在單端路徑中或者被用在差分路徑的兩個(gè)支路中以調(diào)諧系統(tǒng)的相位對(duì)頻率響應(yīng)。參考圖1，其示出了具有輸入電路12、巴倫14以及輸出電路16的電氣系統(tǒng)10的框圖。為了本公開內(nèi)容的目的，電路可以是具有諸如幅度對(duì)頻率特性和相位對(duì)頻率特性等電氣特性的任何電氣裝置。系統(tǒng)10具有由輸入電路12和輸出電路16以及巴倫14定義的總體系統(tǒng)特性。根據(jù)本專利技術(shù)的巴倫14具有由用戶定義以設(shè)定系統(tǒng)10的總體特性的幅度和相位特性。圖2是信號(hào)采集探測(cè)系統(tǒng)20的框圖，該信號(hào)采集探測(cè)系統(tǒng)20用于從被測(cè)裝置(DUT)22采集信號(hào)并且使測(cè)試信號(hào)與諸如示波器、邏輯分析儀等的測(cè)量測(cè)試儀器耦合。探測(cè)系統(tǒng)20具有探頭24，該探頭24具有探測(cè)尖端或從其延伸以連接至DUT22上的測(cè)試點(diǎn)的探測(cè)線纜。被測(cè)差分信號(hào)與探頭24中的放大器電路26耦合，該放大器電路26為了至測(cè)量測(cè)試儀器的傳輸而放大和調(diào)節(jié)測(cè)試信號(hào)。放大器電路26的輸出與巴倫28的差分輸入耦合。巴倫28將差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)與連接到測(cè)量測(cè)試儀器的探測(cè)線纜30耦合。信號(hào)采集探測(cè)系統(tǒng)20具有未經(jīng)校正的頻率響應(yīng)，該頻率響應(yīng)隨被測(cè)信號(hào)頻率的升高而滾降。這種滾降主要由歸因于線纜的集膚效應(yīng)和介電效應(yīng)的損耗所引起。巴倫28的相移和瞬態(tài)響應(yīng)可以被調(diào)節(jié)以補(bǔ)償線纜損失并且拓寬該巴倫的頻率響應(yīng)。圖3和圖4示出了可與信號(hào)采集探測(cè)系統(tǒng)20一起使用的寬帶巴倫結(jié)構(gòu)40的一個(gè)實(shí)施例。圖3是寬帶巴倫結(jié)構(gòu)40的示意性表示，并且圖4是寬帶巴倫結(jié)構(gòu)40在介電襯底42上的物理布局。在圖3中將正向差分信號(hào)表示為具有0°相移，并且其被輸入至寬帶巴倫結(jié)構(gòu)40的其中一個(gè)信號(hào)路徑44。在圖3中將負(fù)向差分信號(hào)表示為具有180°相移，并且其被輸入至寬帶巴倫結(jié)構(gòu)40的另一信號(hào)路徑46。正向差分信號(hào)經(jīng)由具有λ/2或180°相移的電路跡線48與具有λ/2或180°相移的一階相位整形器50的一端耦合。一階相位整形器50的另一端與90°混合器52的端口1輸入耦合。在內(nèi)部，90°混合器52將端口1與充當(dāng)輸出端口的端口2耦合。如相位圓54所表示的那樣，到90°混合本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種寬帶巴倫結(jié)構(gòu)，其包括：用于正向差分信號(hào)的第一信號(hào)路徑和用于負(fù)向差分信號(hào)的第二信號(hào)路徑；90度混合器，其與所述第一信號(hào)路徑耦合以在第一端口上接收所述正向差分信號(hào)以及與所述第二信號(hào)路徑耦合以在第二端口上接收所述負(fù)向差分信號(hào)，其中所述90度混合器的第三端口與所述第一端口耦合并且充當(dāng)輸出端口，而所述90度混合器的第四端口與所述第二端口耦合并且經(jīng)終端電阻器與信號(hào)地耦合；以及信號(hào)線纜，其與所述輸出端口耦合；其中所述第一信號(hào)路徑具有一階相位整形器并且所述第二信號(hào)路徑具有二階相位整形器，用于補(bǔ)償由所述信號(hào)線纜引起的信號(hào)損失并且提供從直流到至少15GHz的頻帶以及預(yù)沖少于10%的瞬態(tài)響應(yīng)。
【技術(shù)特征摘要】
2011.07.19 US 61/509365;2011.12.31 US 13/3419161.一種寬帶巴倫結(jié)構(gòu)，其包括：用于正向差分信號(hào)的第一信號(hào)路徑和用于負(fù)向差分信號(hào)的第二信號(hào)路徑；90度混合器，其與所述第一信號(hào)路徑耦合以在第一端口上接收所述正向差分信號(hào)以及與所述第二信號(hào)路徑耦合以在第三端口上接收所述負(fù)向差分信號(hào)，其中所述90度混合器的第二端口與所述第一端口耦合并且充當(dāng)輸出端口，而所述90度混合器的第四端口與所述第三端口耦合并且經(jīng)終端電阻器與信號(hào)地耦合；以及信號(hào)線纜，其與所述輸出端口耦合；其中所述第一信號(hào)路徑具有一階相位整形器并且所述第二信號(hào)路...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：DG克尼林，JS蘭布，JA巴特萊特，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：特克特朗尼克公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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