專利名稱：升頻變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種升頻變換器。在無線電通信系統(tǒng)中需要這樣的頻率變換器用于將中頻信號延遲至無線電傳輸規(guī)定的發(fā)射頻率。該無線電信號的波長可位于毫米范圍內。
通信系統(tǒng)中針對該波長的不斷增加的集成范圍也增大了對節(jié)省空間的整體可集成的頻率變換器的需求增加。
如權利要求1所述的升頻變換器從Nishikawa等人的“Broadbandand Compact SiBJT Balanced Up-Converter MMIC using Si 3-D MMICTechnology”(IEEE MMT-S International Microwave Symposium2001，Phoenix，Arizona，USA，S.87-90)中公知。在該公知的頻率變換器中兩個待混合的信號(中頻信號和本地振蕩器信號)分別推挽式地附在兩個雙極性晶體管的基極上并調制流過該雙極性晶體管的電流，該電流相加地疊加到待輸出的高頻信號。附在雙極性晶體管上的反相本地振蕩器信號由集成在襯底上的對稱節(jié)提供，在該對稱節(jié)的輸入端上該本地振蕩器信號以非對稱的形式供給。該對稱節(jié)由分別具有長度為λ/4的多條線路段構成并在所集成的電路的襯底上占據(jù)比所有其他電路部件總共占據(jù)的空間更多。同樣以對稱形式必需的中頻信號通過兩個分開的接頭從外部輸送給該電路，該中頻信號的頻率低于本地振蕩器信號的頻率。如果位于所集成的電路之外的引線與所述兩個接頭不同，尤其是具有不同的長度和衰減，則可導致所附中頻信號的不同的振幅且該中頻信號的相位差偏離所期望的精確的反相并因此導致兩個雙極性晶體管的特性的不對稱。因此此外混合結果的質量依賴于該電路的布線；就是說在布線處的工藝控制可損害該頻率變換器的效果。
本發(fā)明的任務在于，提供一種具有好的、可重復制造的并很少依賴于工藝控制的變換特性的可集成的升頻變換器。
該任務通過具有權利要求1的特征的升頻變換器來解決。針對較低的輸入頻率的對稱節(jié)被集成在襯底上，這樣該對稱節(jié)與兩個控制元件的第一主接頭之間連接的長度和衰減可以被精確地控制和重復制造。
優(yōu)選地作為針對較低的輸入頻率的對稱節(jié)采用一個第三控制元件，該第三控制元件的控制接頭與第一輸入信號連接并且該第三控制元件的兩個主接頭中的每個主接頭與升頻變換器的兩個供電電勢之一和第一或第二控制元件的一個接頭連接。一種這樣的對稱節(jié)與Nishikawa等人所采用的類型相比要求非常少的襯底面積，Nishikawa等人所采用的類型的空間需求與待對稱化的信號的波長成比例，并且這種對稱節(jié)具有大的帶寬。
優(yōu)選地該第一或第二控制元件的接頭分別是其第二主接頭，而且第三控制元件的主接頭與該第一或第二控制元件連接。這允許第一輸入信號與第二輸入信號的乘法調制并因此允許混合過程的高效率。
作為控制元件優(yōu)選地采用晶體管，尤其是HEMT(高電子遷移率晶體管High Electron Mobility Transistors)。
為了達到高混合效率，優(yōu)選地第一和第二控制元件被加偏壓至在其夾斷范圍附近。
適當?shù)匾册槍Φ诙⑤^高頻率的輸入信號設置一個對稱節(jié)(Symmetrieglied)，該對稱節(jié)的輸出端與第一和第二控制元件的控制輸入端連接。
此外，本發(fā)明的主題是單邊帶頻率變換器，其可由上述升頻變換器實現(xiàn)，方法是兩個這樣的升頻變換器的輸出端連接在長耦合器的輸入端上，由該長耦合器的一個輸出端構成單邊帶頻率變換器的輸出端。
一種這樣的單邊帶頻率變換器的升頻變換器的第二對稱節(jié)適當?shù)嘏c功率分配器融合，以節(jié)約襯底面積。該功率分配器將第二輸入信號劃分為兩個升頻變換器上的相同部分。一種這樣的融合的或結合的對稱節(jié)可簡單地且節(jié)約空間地利用中央為與單邊帶頻率變換器的信號輸入端連接的第一導線段和第一導線段的兩側為多個第二導線段來實現(xiàn)，其中第一升頻變換器的第一和第二控制元件的控制輸入端與中央導線段的一側上的第二導線段連接而且第二升頻變換器的第一和第二控制元件的控制輸入端與中央導線段的另一側上的第二導線段連接。
該導線段可在一個共同層中作為微帶導線簡單實現(xiàn)。
優(yōu)選地該第二對稱節(jié)具有每三個并排位于中央導線段的兩側的導線段，該導線段的中間的導線段各不連接。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點由下列參考附圖的實施例的說明得出。示出

圖1本發(fā)明的升頻變換器的示意性電路圖；圖2單邊帶頻率變換器的電路圖；和圖3半導體襯底的示意圖，在該半導體襯底上集成了圖2的單邊帶頻率變換器。
圖1示出集成在襯底上的根據(jù)本發(fā)明的升頻變換器的示意性電路圖。該升頻變換器包含兩個對稱布置的GaAs-HEMT Q1和Q2作為控制元件。HEMT Q1、Q2的柵極與本地振蕩器信號LO通過由平行的帶狀導線S1至S4構成的180°混合耦合器和電容器C1、C2推挽式連接。HEMTQ1、Q2的漏極相互連接并通過兩個電感器L8、L7與電源電壓VD2的輸入接頭連接。每個HEMT Q1、Q2的源極通過電容器C3或C4與第三HEMT Q3的源極或漏極以及通過電容器C5或C6和通過電感器L5或L6和電阻R1或R2的串聯(lián)電路與地連接。一個位于其夾斷(Pinch-off)區(qū)域之下的由HEMT Q1或Q2的源極電流引起的在電阻R1、R2上的電壓降產生自動的HEMT工作點調節(jié)(自偏壓)。
HEMT Q3的源極和漏極分別通過電感器L1或L2與地GND或電源電勢VD1連接。在HEMT Q3的柵極上通過電感器L9接有偏壓VG1而通過電容器C13接有中頻信號IF。
因此HEMT Q3柵極上的電壓由VG1構成的直流電壓分量和IF構成的交流電壓分量構成。這樣選擇直流電壓分量，即HEMT Q3工作在線性區(qū)；IF繼續(xù)線性調制HEMT Q3的漏極電流。因此HEMT Q3的源極和漏極上的電勢以比IF信號更大的振幅相互反相振蕩。
因此HEMT Q3同時用作放大器和針對中頻信號IF的對稱節(jié)。通常電感器L1、L2選擇相同的值，以實現(xiàn)HEMT Q3的源極和漏極上的中頻信號的相同振幅。
流過兩個HEMT Q1、Q2的電流分別主要由具有本地振蕩器信號LO的頻率的部分、具有中頻信號IF頻率的部分和本地振蕩器信號LO的頻率與中頻信號IF的頻率的總和與差值的部分構成，在該HEMT Q1、Q2的漏極上分別通過電感器L8、L7附有電源電壓VD2。由于HEMT Q1、Q2的柵極與本地振蕩器信號LO反相連接，分別具有本地振蕩器頻率的電流的部分反相相等并相互抵消。流過電感器L3的電流和在電感器L7、L8之間的連接點上的電勢因此只包含具有總和頻率或差值頻率的頻譜部分。所述部分通過輸出端HF上的電容器C8輸出連接并得到升頻變換器的輸出信號、一個具有兩個分別通過總和頻率或差值頻率構成的單邊帶的無載波高頻信號。
圖2示出一個由圖1中示出的類型的兩個升頻變換器構成的單邊帶變換器。兩個升頻變換器的布置是鏡像對稱的，圖2中的對應部件具有如圖1一樣的相同參考符號，其中圖2中的第二混合器的部件分別通過撇號(｀)標出。輸送到第二混合器的中頻信號IF｀相對中頻信號IF相位偏移了90°。這導致，兩個單邊帶之一的第二升頻混合器的輸出端HF｀上與由第一變換器提供的信號相位相同，該信號存在另一個單邊帶但是反相。兩個升頻變換器的輸出信號在長耦合器LC中疊加，由該長耦合器兩個輸出端一方面提供上單邊帶(USB)、另一方面提供下單邊帶(LSB)。
圖3示意性地示出襯底上的圖2的單邊帶混合器的不同部件的布置。兩個升頻混合器鏡像對稱地布置在點畫中線A-A的兩側。沿著該中線A-A雙重對稱節(jié)展開，該對稱節(jié)包含七個平行的微帶導線段S1、S2、S3、S4、S2｀、S3｀、S4｀。中間段S1在其一端上與本地振蕩器信號LO的接線板連接，背離LO接線板的另一端接地。從該中央微帶導線S1向外按以下順序布置第一微帶導線S2、S2｀，在其面向本地振蕩器器接線板LO的一端與地連接而在相對端上通過電容器C2或C2｀與HEMT Q2或Q2｀連接；第二微帶導線S3、S3｀，在其面向本地振蕩器器接線板LO的一端與微帶導線S1的相應端連接而在其背離端上如微帶導線S1一樣接地；以及第三微帶導線S4、S4｀，在其面向本地振蕩器器接頭板LO的一端與S1、S3、S3｀連接而在其相對端上通過電容器C1或C1｀與HEMT Q1或Q1｀連接。
所述成雙的對稱節(jié)按以下方式同時被用作功率分配器，該功率分配器將本地振蕩器器信號LO以相同功率輸送到中線A-A兩側的兩個升頻變換器。
權利要求
1.具有襯底的升頻變換器，在該襯底上集成有針對兩個待混合的輸入信號(IF，LO)的第一和第二輸入端，其中第一輸入信號(IF)有比第二輸入信號(LO)低的頻率，第一和第二控制元件(Q1，Q2)，分別具有一個控制接頭(G)和兩個主接頭(S，D)，其中主接頭之間的電流可由施加在控制接頭上的信號控制，以及針對由兩個待混合的輸入信號產生的混合信號的輸出端(HF)，其中兩個控制元件(Q1，Q2)的控制接頭以推挽方式與第二輸入信號(LO)接通，而兩個控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭相互連接并與所述輸出端(HF)連接，其特征在于集成在該襯底上的一個第一對稱節(jié)(Q3)，該第一對稱節(jié)(Q3)針對第一輸入信號(IF)的輸入端與兩個控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭連接。
2.如權利要求1所述的升頻變換器，其特征在于，第一對稱節(jié)是第三控制元件(Q3)，該第三控制元件(Q3)的控制接頭與第一輸入信號(IF)接通并且其兩個主接頭中的每個與兩個電源電勢(VD1，GND)中的一個連接并且與第一或第二控制元件(Q1，Q2)的一個接頭連接。
3.如權利要求2所述的升頻變換器，其特征在于，所述第三控制元件的每個主接頭與第一或第二控制元件(Q1，Q2)的第二主接頭連接。
4.如前述權利要求之一所述的升頻變換器，其特征在于，所述控制元件是晶體管。
5.如權利要求4所述的升頻變換器，其特征在于，所述晶體管是HEMT。
6.如權利要求4或5所述的升頻變換器，其特征在于，所述第三控制元件(Q3)工作在其線性區(qū)。
7.如權利要求4至6之一所述的升頻變換器，其特征在于，對所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)加偏壓到其夾斷區(qū)附近由此來驅動該第一和第二控制元件(Q1，Q2)。
8.如權利要求7所述的升頻變換器，其特征在于，所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)通過自動的工作點調節(jié)(self bias)被施加偏壓。
9.如前述權利要求之一所述的升頻變換器，其特征在于第二對稱節(jié)(S1，S2，S3，S4；S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)，該第二對稱節(jié)的輸入端與第二輸入信號(LO)的輸入端連接而輸出端與所述第一和第二控制元件(Q1，Q2)的控制輸入端連接。
10.具有兩個如前述權利要求之一所述的升頻變換器的單邊帶頻率變換器，其特征在于，兩個升頻變換器的輸出端連接在長耦合器(LC)的輸入端上，該長耦合器的一個輸出端構成該單邊帶頻率變換器的一個輸出端。
11.具有兩個如權利要求9所述的兩個升頻變換器的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述第二對稱節(jié)(S1，S2，S3，S4，S1`，S2`，S3`)同時被構成為功率分配器。
12.如權利要求11所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述第二對稱節(jié)具有位于中央的與單邊帶頻率變換器的信號輸入端連接的第一導線段(S1)而在第一導線段(S1)的兩端具有多個第二導線段(S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)，其中第一升頻變換器的第一和第二控制元件(Q1，Q2)的控制輸入端與中央導線段的一側上的第二導線段(S2，S4)連接并且第二升頻變換器的第一和第二控制元件(Q1`，Q2`)的控制輸入端與中央導線段(S1)的另一側上的第二導線段(S2`，S4`)連接。
13.如權利要求12所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，布置在同一層的導線段(S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)是微帶導線段。
14.如權利要求12或13所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述導線段(S1，S2，S3，S4，S2`，S3`，S4`)是平行的且等距離的。
15.如權利要求12至14之一所述的單邊帶頻率變換器，其特征在于，所述第二對稱節(jié)具有每三個并排位于中央導線段(S1)的兩側的導線段(S2，S3，S4；S2`，S3`，S4`)，而且三個并排排列的導線段中位于中間的導線段(S3，S3`)在其兩端分別與中央導線段(S1)連接。
全文摘要
在一個升頻變換器的襯底上集成的是針對兩個待混合的輸入信號(IF，LO1)的第一和第二輸入端，其中該第一輸入信號(IF)有比該第二輸入信號(LO)低的頻率；第一和第二控制元件(Q1，Q2)，分別具有控制接頭(G)和兩個主接頭(S，D)，其中主接頭之間的電流通過附在控制接頭上的信號是可控制的；以及針對由兩個待混合的輸入信號產生的所混合的信號的輸出端(HF)，其中兩個控制元件(Q1，Q2)的控制接頭推挽式地與第二輸入信號(LO)接通，而兩個控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭相互連接并與輸出端(HF)連接。同樣集成在該襯底上的第一對稱節(jié)(Q3)將第一輸入信號(IF)的輸入端與兩個控制元件(Q1，Q2)的第一主接頭連接。
文檔編號H03D7/14GK1653681SQ03811102
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月19日 優(yōu)先權日2002年5月17日
發(fā)明者H·S·吉爾, R·克魯帕, S·科赫 申請人:馬科尼通訊股份有限公司