1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2020-25-6-558-562621.3.049.774Краткие сообщенияDesign Method for a Broadband Quadrature Signal GeneratorМетод проектирования широкополосного формирователя квадратурных сигналовЧаплыгин Юрий АлександровичЧаплыгинЮрий АлександровичChaplyginYury A.Yury A. ChaplyginЛосев Владимир ВячеславовичЛосевВладимир ВячеславовичLosevVladimir V.Vladimir V. LosevNational Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia558562http://ivuz-e.ru/en/issues/6-_2020/metod_proektirovaniya_shirokopolosnogo_formirovatelya_kvadraturnykh_signalov/http://ivuz-e.ru/en/download/6_2020_2641_en.pdf

There are certain difficulties in the development of a broadband generator of quadrature signals (QSG) on a SiGe BiCMOS technology. The problem of linearity and broadband matching is the most difficult to solve. When designing QSG in a wide frequency band, there is a problem of forming a quadrature signal using traditional solutions using a polyphase filter or a digital D-trigger. The use of only one method for forming a quadrature signal is impossible due to the limiting features of the electronic component base of SiGe BiCMS technology. To solve this problem, we propose a structure that allows us to develop a broadband quadrature signal generator with an operating frequency range from 10 MHz to 6 GHz, using the method of dividing the operating frequency band. At frequencies from 1 to 6 GHz, the quadrature signal is generated using a polyphase filter, and at frequencies less than 1 GHz using a frequency divider. Using this method, the following characteristics of the FCS have been achieved: the difference in the amplitudes of quadrature signals is less than 0.3 dB; the VSWR is less than 1.6 over the entire frequency range; the transmission coefficient is not less than -2 dB at a 0 dBm heterodyne power; at a frequency of 6 GHz P1dB of at least 3 dBm. The experimental results are in good agreement with the simulation data.

При разработке широкополосного формирователя квадратурных сигналов с использованием SiGe-БиКМОП-технологии наиболее трудно решаются задачи линейности и широкополосного согласования. В широкой полосе частот квадратурный сигнал формируется с помощью полифазного фильтра или цифрового D-триггера. Применение только одного метода формирования является невозможным из-за ограничивающих особенностей электронно-компонентной базы SiGe-БиКМОП-технологии. В работе предложена структура, которая позволяет методом разделения рабочей полосы частот разработать широкополосный формирователь квадратурных сигналов с диапазоном рабочей частоты от 10 МГц до 6 ГГц. На частотах от 1 до 6 ГГц квадратурный сигнал формируется с применением полифазного фильтра, а на частотах менее 1 ГГц - делителя частоты. Использование метода разделения рабочей полосы частот позволило получить следующие характеристики формирователя квадратурных сигналов: разность амплитуд квадратурных сигналов менее 0,3 дБ; коэффициент стоячей волны менее 1,6 во всем диапазоне частот; коэффициент передачи не менее -2 дБ при мощности гетеродина 0 дБм; на частоте 6 ГГц P1дБ не менее 3 дБм. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с данными моделирования.

 Kaukovuori J. Analysis and design of passive polyphase filters // IEEE Transactions on Circuits and Systems. 2008. Vol. 55. No. 10. P. 3023–3037.Park J.S., Wang H.A. Transformer-based poly-phase network for ultra-broadband quadrature signal generation // School of Electrical and Computer Engineering (Georgia Tech, Atlanta). 2015. Vol. 63. No. 12. P. 4444–4457.Huizhen J., Yiyang S., Jie Z., Hun L. A 20–32-GHz quadrature digital transmitter using synthesized impedance var-iation compensation // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2020. Vol. 55. No.5. P. 1297–1309.9-GHz wideband CMOS RX and TX front-ends for universal radio applications / S. Hampel, O.Schmitz, M.Tiebout et al. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2012. Vol. 60. No. 2. P. 1105–1116.Chung-Yun C. The design of wideband and low-power CMOS active polyphase filter and its application in RF dou-ble-quadrature receivers // IEEE Transactions on Circuits and Systems. 2005. Vol. 52. No.5. P. 825–833.Frounchi M. A low-loss broadband quadrature signal generation network for high image rejection at millimeter-wave frequencies// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2018. Vol. 66. No. 12. P. 5336–5346.Wide locking-range frequency multiplier by 1.5 employing quadrature injection-locked frequency tripler withembedded notch filtering / S. Saebyeok et al. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2019. Vol. 67. No.12. P. 4791–4802.Kalcher M., Gruber D. 1-3-GHz self-aligned open-loop local quadrature phase generator with phase error below 0.4° // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2020. Vol. 68. No.8. P. 3510–3518.Yatao P., Li-jun Z., Jun F., Yudong W.Analysis and design of a broadband SiGe HBT image-reject mixer integrating quadrature signal generator // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2016. Vol. 64. No. 3.P. 688–698.