一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法技术

本发明专利技术公开了一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法，该方法首先根据功率合成器的实际物理结构和端口数量确定采用集总元件表示的电路模型；然后通过将一个输入端口连接到交流电压激励上，其他输入端口连接到电阻上，将输出端口连接到负载上，分析电流通路并计算相应输入端口的输入阻抗，在分析过程中将交流地节点视为电流通路上的中间节点，通过寻找最小支路电流来确定电流通路路径，并计算路径上的阻抗大小；最后根据各端口的输入阻抗以及平衡度的表达式计算输入端口间的平衡度。相比于传统方法需要大量的计算机和时间资源来进行仿真分析，利用本发明专利技术方法对片上功率合成器进行分析时，过程更加简便，耗时更短，且能找到平衡度失配的来源所在。

An analysis method of impedance balance of power synthesizer on chip

【技术实现步骤摘要】
一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法
本专利技术涉及一种无源器件的分析方法，尤其是一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法。
技术介绍
阻抗平衡度在大部分电路分析的场景下是一个定性衡量输入阻抗差异的量，但也有少量见诸于集成电路领域会议与期刊上，以任意两个端口输入阻抗之差除以输入阻抗之和来定量描述和比较平衡度的定义。所述输入阻抗是指含有实部和虚部的复阻抗，其定义是复平面上的电压除以复平面上的电流。然而，对于平衡度的计算和评判，当前主流的方法均停留在利用各类软件进行的仿真分析上，此方法的核心是利用大量的计算机资源进行电磁场仿真，得到网络参数，再利用网络参数计算各端口的阻抗大小，从而判定阻抗平衡度的好坏。这种方法需要消耗大量的计算机软硬件资源，也会耗费大量的时间，且对于设计者来说，使用这种方法也无法分析出造成平衡度失配的原因。
技术实现思路
专利技术目的：针对传统方法的不足，本专利技术的目的在于提供一种对片上功率合成器输入端口阻抗平衡度进行分析的方法，该方法不需要消耗大量的计算机软硬件资源进行仿真，只需要利用少量的计算机资源进行计算即可得到与利用传统仿真方法相近的结果，并且能够找到造成平衡度失配的原因，为电路进一步的优化找到方向。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法，包括以下步骤：(1)根据功率合成器的实际物理结构和端口数量，确定采用集总元件表示的电路模型，所述电路模型中包含层间寄生电容和变压器，输入端口和输出端口与实际端口数量相同，线圈之间的电磁耦合作用采用跨接在输出线圈的受控电流源表示；(2)将所有输入端口中的一个输入端口连接到一个交流电压激励上，剩余其他输入端口分别各自连接到一个阻值与所述交流电压激励内阻相同的电阻上；将输出端口连接到一个负载上；(3)根据交流电压激励的正负确定在所连接的输入线圈上产生的电流方向，进而确定受控电流源的电流方向和输出线圈两端的电势高低，寻找由交流电压激励所产生的最小支路电流，得到所有包含每个最小支路电流的电流通路；(4)将每条电流通路上的器件对应的阻抗相加，得到该电流通路上的阻抗；再将所有电流通路上的阻抗相加，作为连接了交流电压激励的输入端口的输入阻抗；(5)选择下一个未计算过输入阻抗的端口，重复步骤(2)至(4)，直到遍历完电路模型中所有的输入端口；(6)从所有输入端口中任选两个，利用如下不平衡度Imbalance的计算公式，求得不平衡度：其中l,m∈[1,N]，且l≠m，N为输入端口数量，Zl和Zm分别表示输入端口l和m的输入阻抗。作为优选，在建立功率合成器电路模型时，将初次级线圈之间的电磁耦合作用采用并联在输出端的一个受控电流源表示。作为优选，所述步骤(3)中通过寻找最小支路电流从而确定电路中的电流通路，具体方法为：从交流电压激励源正端流出的电流出发，确定激励源正端流出的电流在经过分流节点时被分流成的电流，再确定各分流的支路电流在经过其通路上的分流节点时被分流成的更小的支路电流，当某条支路电流的通路上已经不存在分流节点时，此支路电流就是最小支路电流，将某最小支路电流在电路中流经的所有支路组成的通路定义为该最小支路电流对应的电流通路。作为优选，所述步骤(3)中分析电流通路时将交流地节点视为电流通路上的中间节点。作为优选，所述步骤(4)中连接了交流电压激励的输入端口j的输入阻抗表示为：其中，为步骤(2)中得到的第k条电流通路Pk上的阻抗，K为最小支路电流对应的电流通路数量。有益效果：相较于传统方法，本专利技术消耗的计算机软硬件资源更少，计算所花费的时间更短，但能得到与传统方法相近的结果，且有助于使用者找到平衡度失配的来源，找到电路优化方向。附图说明图1是本专利技术的方法流程图。图2是一种包含层间寄生电容和变压器的片上功率合成器的电路模型图。图3是在图2所示电路模型中给端口1施加交流电压激励后的电流通路分析示意图。图4是在图2所示电路模型中给端口2施加交流电压激励后的电流通路分析示意图。图5是区别于图2的一种包含层间寄生电容和变压器的片上功率合成器的电路模型图。图6是在图5所示电路模型中给端口1施加交流电压激励后的电流通路分析示意图。图7是在图5所示电路模型中给端口2施加交流电压激励后的电流通路分析示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，本专利技术实施例公开的一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法，其步骤包括：(1)根据功率合成器的实际物理结构和端口数量，确定采用集总元件表示的电路模型，所述模型包含层间寄生电容和变压器，具有N(N≥2)个输入端口和一个输出端口，且线圈之间的电磁耦合作用采用一个跨接在输出线圈的受控电流源表示；(2)选择N个输入端口中的一个输入端口，将其连接到一个内阻为Rs的交流电压激励上；将其他N-1个输入端口分别连接到N-1个阻值为Rs的电阻上；将输出端口连接到负载ZL上；(3)分析由交流电压激励所产生的电流的通路情况，具体地，采用如下方法：a)选定任意某个时刻，确定交流电压激励的正负，从而确定交流电压激励在所连接的输入线圈上产生的电流方向；b)根据此时输入线圈的电流方向和变压器的同名端，确定受控电流源的电流方向，进而确定输出线圈两端的电势高低；c)寻找最小支路电流，从而确定电流通路。具体方法如下：设从激励源正端流出的电流为iin，电流iin在经过分流节点时会被分流成i1、i2、…，而i1、i2、…在经过其通路上的分流节点时也会被分流成更小的支路电流i11、i12、…、i21、i22、…，当某条支路电流的通路上已经不存在分流节点时，此支路电流就是最小支路电流。将某最小支路电流在电路中流经的所有支路组成的通路定义为该最小支路电流对应的电流通路，分别用P1、P2、…、Pk、…表示。(4)将每条电流通路上的器件对应的阻抗相加，得到该电流通路上的阻抗其中Pk代指步骤(3)的c)中某条电流通路。然后将所有电流通路上的阻抗相加，得到该输入端口的输入阻抗为：其中j＝1,2,…,N，K为最小支路电流对应的电流通路数量。(5)选择下一个端口，重复步骤(2)、(3)和(4)，直到遍历完N个输入端口。(6)从N个输入端口中任选两个，利用如下不平衡度(Imbalance)的定义，求得不平衡度。其中l,m∈[1,N]，且l≠m。下面结合具体的电路模型对本专利技术各步骤的具体实施做详细说明。首先分析一种理论上存在输入阻抗平衡状态的功率合成器。如图2所示，是第一种包含级间寄生电容和变压器的功率合成器电路模型，该模型具有两个输入端口和一个输出端口。参照步骤(2)，连接一个内阻为Rs的交流电压激励uin1到第一个输入端口，连接阻值为Rs的电阻至第二个输入端口，输出端口连接到负载ZL上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)根据功率合成器的实际物理结构和端口数量，确定采用集总元件表示的电路模型，所述电路模型中包含层间寄生电容和变压器，输入端口和输出端口与实际端口数量相同，线圈之间的电磁耦合作用采用跨接在输出线圈的受控电流源表示；/n(2)将所有输入端口中的一个输入端口连接到一个交流电压激励上，剩余其他输入端口分别各自连接到一个阻值与所述交流电压激励内阻相同的电阻上；将输出端口连接到一个负载上；/n(3)根据交流电压激励的正负确定在所连接的输入线圈上产生的电流方向，进而确定受控电流源的电流方向和输出线圈两端的电势高低，寻找由交流电压激励所产生的最小支路电流，得到所有包含每个最小支路电流的电流通路；/n(4)将每条电流通路上的器件对应的阻抗相加，得到该电流通路上的阻抗；再将所有电流通路上的阻抗相加，作为连接了交流电压激励的输入端口的输入阻抗；/n(5)选择下一个未计算过输入阻抗的端口，重复步骤(2)至(4)，直到遍历完电路模型中所有的输入端口；/n(6)从所有输入端口中任选两个，利用如下不平衡度Imbalance的计算公式，求得不平衡度：/n...

【技术特征摘要】
1.一种片上功率合成器的阻抗平衡度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据功率合成器的实际物理结构和端口数量，确定采用集总元件表示的电路模型，所述电路模型中包含层间寄生电容和变压器，输入端口和输出端口与实际端口数量相同，线圈之间的电磁耦合作用采用跨接在输出线圈的受控电流源表示；
(2)将所有输入端口中的一个输入端口连接到一个交流电压激励上，剩余其他输入端口分别各自连接到一个阻值与所述交流电压激励内阻相同的电阻上；将输出端口连接到一个负载上；
(3)根据交流电压激励的正负确定在所连接的输入线圈上产生的电流方向，进而确定受控电流源的电流方向和输出线圈两端的电势高低，寻找由交流电压激励所产生的最小支路电流，得到所有包含每个最小支路电流的电流通路；
(4)将每条电流通路上的器件对应的阻抗相加，得到该电流通路上的阻抗；再将所有电流通路上的阻抗相加，作为连接了交流电压激励的输入端口的输入阻抗；
(5)选择下一个未计算过输入阻抗的端口，重复步骤(2)至(4)，直到遍历完电路模型中所有的输入端口；
(6)从所有输入端口中任选两个，利用如下不平衡度Imbalance的计算公式，求得不平衡度：



其中l,m∈[1,N]，且l≠m，N为输入端口数量，Zl和Zm分别表示输入端口l和m的输入阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁灿然，张有明，唐旭升，魏震楠，黄风义，姜楠，
申请(专利权)人：东南大学，上海表象信息科技有限公司，南京展芯通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32