Ruthroff巴伦具有非常宽的带宽5,6,7，许多分立元件产品都是基于Ruthroff结构开发。但是，还没有发现对微波集成电路应用类似结构。

SAF1032PRuthroff型宽带巴伦原理图，可使用三个电感在平面半导体工艺中轻松构建。在该布局中，只需要两个金属层，一个厚金属层用于三个低损耗电感，一个地下通道金属层用于连接。当有额外的厚金属层可用时，L1和L3可以垂直耦合，这样尺寸就会更小，它们之间的磁性耦合也可能会更好。

宽带特性得益于结构简单，这会导致寄生电容更少。单端信号由L1和L2分压得到。因此，巴伦的正端口正好是同相位单端信号电压的一半。由于L1和L3之间的负耦合，巴伦的负端口是具有180°相移的单端信号电压的一半。

在非常宽的带宽上可以实现出色的振幅和相位平衡。宽带巴伦配置的仿真性能。振幅不平衡是S21和S31之间的差，相位误差是S21和S31与期望的180°之间的相位差。建议的巴伦具有非常好的振幅平衡，以及3 GHz到20 Ghz之间接近180°的相位差。在平衡混频器和推挽放大器等许多应用中使用巴伦时，共模抑制非常重要。仿真结果表明，3电感巴伦在3 GHz到20 GHz范围内的CMRR优于20dB。

与变压器巴伦拓扑结构一样，3电感巴伦的带宽也受低频端电感和高频端寄生电容的限制。当电感较低时，负载阻抗对端口3的L1和L2之间的分压和端口2的转换电压影响较大。虽然在低频范围内振幅平衡和相位差仍然可以接受，但插入损耗增大。因此，较低的终端阻抗或较高的电感将有利于低频性能。在高频端，L1和L2之间的寄生电容会降低变压器的性能，导致较大的相位误差。精心布局并考虑降低寄生电容可以扩大巴伦的高频工作范围。

集成巴伦的物理尺寸限制了低端带宽。为了探索建议的巴伦结构在低频应用中的可行性，设计了一款0.5 GHz到6 GHz的巴伦，并与基于变压器的传统巴伦进行了对比。

宽带双平衡无源混频器设计采用Jazz的SiGe 0.18 μm工艺和3电感巴伦配置。混频器的RF、IF和LO端口为50 Ω单端端口，并在RF和IF端口集成巴伦。集成的RF巴伦经过优化，可覆盖3 GHz至20 GHz RF频率范围。集成的IF巴伦经过优化，可覆盖500 MHz至9 GHz的极宽频率范围。单端LO信号通过有源放大器电路在内部转换为差分信号以减小芯片尺寸。使用高速NPN的两级宽带放大器向无源混频器的MOSFET栅极提供足够的信号电压摆幅，且在1 GHz至20 GHz频率范围内只有0 dBm输入功率。

该混频器采用2 mm × 3 mm QFN小型封装，并使用铜柱倒装芯片进行互连。铜柱连接的附加寄生电容很低，可保持硅的宽带性能。该混频器采用3.3 V偏置电源，室温下的功耗为132 mA。测得的转换损耗和IIP3性能。混频器的RF、LO和IF端口在其宽工作频率范围内匹配良好。图6显示这些端口的回波损耗。应该注意的是，RF回波损耗取决于IF端口阻抗，图6a中的结果是使用0.9 GHz的IF频率测得。

与市场上的宽带混频器（如表1中所示）相比，使用3电感巴伦设计的混频器可同时实现RF和IF范围的最宽带宽。它具有最低的LO功耗和最高的集成级别。整体性能优于任何已报道的产品或发布的宽带混频器产品。

一种适合现代半导体工艺平面实施方案的Ruthroff型宽带巴伦结构。设计了一款使用宽带巴伦的高性能双平衡混频器并对其进行了性能测量。

(素材来源：21IC和ttic和eechina.如涉版权请联系删除。特别感谢）

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