LC巴伦电路设计与仿真.docx

LC 巴伦电路设计与仿真、LC 巴伦电路理论基础差分电路具有高增益、抗电磁干扰、抗电源噪声、抗地噪声能力很高、抑制偶次谐波等 优点在无线射频电路，差分电路的使用越来越重要了，在无线产品中得到广泛应用因此， 双端口-单端口电路(Balanced-Unbalanced,简称Balun)也随之变得重要起来本章节重点 讲解一下 LC 巴伦的理论知识及在实际无线产品中的应用案例Balun电路的作用主要是将差分转单端或单端口转差分，实现端口转换，在实际应用中 可当作功分器或合成器来使用LC巴伦电路图如下，计算差分口电压U2、U3 得:U2= (U1/jwC) / (1/jwC+jwL) =U1/ (1-wLxwC)U3= (UlxjwL) /(1/jwC+jwL)=-U1/ (1-wLxwC) 可以看出两者电压幅值相等，相位相差180度TemnTemnSNum=3Z=50 Ohml"3Term __TemnS L'2Njm-2Z=&0 OhmL1L=1.D nHC2C=1.0 pFLI■form ■ferrnlNtim=1Z=50 OhmDNS-pla/lemplatR disptempl "S_Parsms_Quad_dB_smith"S-F^RAMETERSS_RaramSRIStad= 1 OGMZ Stcp=lOOGH2 Step=.10GHz其中，令Zdp是两个差分口的阻抗，Zsn是单端口的源阻抗。

则LC大小的计算公式为:LW0 = 1/CW0 == J2ZdpZSn、理想 50 欧姆 LC 巴伦电路设计仿真例：用理想元器件设计一个工作2.45GHz频段的LC巴伦电路Zdp = Zsn=50 ohm 首先计算LC的值得：L=4.6nH, C=0.9pF,填写参数值进去如下图Term TemnS Nuin=3Z=50 OhmC=0.9 pFLL1L=4.6 nHTLL2L=4.6 nHR=OstTerm lferml Num=1Z=5Q OhmTferm l€mn2 Num=2Z=50 ObmnC2G=0.9 pF紹 Displaylernpiste disptempl "S_Ps r3m$_Qu3d_dB_Snnith"仿真结果如下：备# S-PARAMETERSS_ParamSP1Slart=1.0 GHzSlap=1IO.D GHzSlep-&0 MHZR=m415S-Parameters vs. FrequencymlFrGq=2.450GHz phase(割Z 1)0=90 和m2fraq-2.450GIHz pha&fl(Sp,1>；|=^9_225沁CDSFreq (I.ODOGHz to W.OOGHz)m5 frEq=2 45QGHzIn pul Reftecti Qri Coefficient s (2,2)=0.515 /1.525一—imp^gince=lW923 + j5.8i 6Input R^lltiction Coefficientfreq (1-OOOGHz to 10.OOGHz]-!» =m3freq=2.45OGHz dB(S{2 J )^-3.0&5■b?q=2.45OGHz5(11,11=0 D11 i' D.775 impBdarK：« = 61.111 * jQO15m3frn&<|,GHZ可以看出S21和S31插入损耗都是-3dB,并且两者相位差180度且相互平行，说明巴伦 匹配良好。

三、实际 LC 巴伦电路设计仿真在实际电路中差分口是从无线芯片出来的，阻抗都不会是刚好50 ohm，比如AR9341 芯片以RX差分口为例，Dataheet会提供一个阻抗值，17+j*9 ohmZRFin inputRecomniended LIMA differential driveCM.Chl旳打-£2Impedance^l根据公式，LW0 = 1/CW0 == J2ZdpZSn又 Zd Z* =(Rd R +Xd X )-j*(Rd X -Xd R )dp sn dp sn dp sn dp sn dp sn只有虚部为零才能满足电感值和电容值为实数通常我们会在单端口匹配到50 ohm，此时 只需要将 8.5+j*4.5 ohm 匹配到 8.5ohm 即可满足要求通过计算或者直接用 smith 可知串联 14.5pF的电容可以实现将8.5+j*4.5 ohm匹配到8.5ohm再计算出L和C的值(计算值 L=1.89nH取1.9nH, C=2.22pF取2.2pF)先使用理想元器件画出如下电路图：-F-WV，__)|__-Term 八Ienin3Num=3 C3Z=(3.5+jM.5)術4一5 pbCC6 末 C=3-2 pFLL3L=1.9 nHR=X-'llL-1.9 nHR=r-wvTerm ■ferrnlNum=1Z=50 OtimTerm lerm2 Num=2 2-8.5+jT4.SrC=14.5 pFT —C5C=2 2pFS-PARAMEIERSS_PanamSP1Slart=1 GHz Slop=lOGHE Step=5Q MHz■n-i^»2.tKK3HzSn. fFOJJIO i 35 647 impdianis^iW till77厂1—V.Ti-tq, GiHziw7InpR尺他Cm Oo帅阳nthfdd.CflKSHz loiDOOSHlJfr*q Qi-ame*10=2 4^347dffl 佔［2,2W-£.B7Ih&q |1 KO3H; In ID QDBHz-'ir-^itrq=74MKiiH7 配并口伽」口 nrw iniLedHrcE = Itil t4U + 匸』U\mlA g :■?J斗/J y .、.m2Ti• f •叽■y ™"1 • ' !'3 3■ ■■・・! ~ ■ I■ ■ ■ ' | 1 -■L■ -iaT t>L£區］DitpiayTerTipialedisplen'iplHS_Pa rams_Quad_dB_Smilh"仿真 结 果 如下 ， 巴 伦电 路 插 损 为 3.052dB, S21 和 S31 相 位 相 差 180 度 S11=-40dB,S22=S33=-5.871dB 。

完全符合理想值，非常完美但是，在导入muruta电感电容后，C3=C4=15pF,C5=C6=2.2pF,L3=L4=2.0nH仿真出来的数据有些偏差，但基本上跟理论值差不多电路图如下：TermsNum=3NO0O2G.M03TermTerm2Num=2GJM03C7 j5+(*4 5 Niuim b&r^G」h/lO33BC1E150|GBOlf rpTeNU t4a/w3 =FT?GJMD3CIO户 artNiiinber=<5Jh/lLQPD3TG□ispl^ylemplate dlsplemplHS_ Parann£_Qtjad._clB_S mribHNETLIST INCLUDE备 E1 s-PARAMETERSMURZVTAInclude muRa 怕呂 ParamSP1Stafl=1 GHzStop=lO GHzSte[J=50 MHz仿真结果如下：璋ml曲一4KGHZi | r ■ ■ ■ | ・・・ i | »■ i i i | i ■ ■ i j i ・ i i | ■■ i 4 -b r d! A祕GHZinput 伙僅商 cn GoMkf(1 DiX^^z in HD CE<3Hj：iX 科.OOCGHe b m5 rr«j^2 45C-GH1 rpul Kelteclicri CoefflEienl M2ia nioj -i^npedance = 125 B?D + |iA2.2H]|m]i&d.1W.J72M21.BS i-nfdda^a = 2S 161 -pfl 730iiE lreq=145DGHi d&：S(2.2：-)=^.9fla由上图可以看出，在 2.45GHz 频段结果还是蛮理想的。

在具体调试过程中，工程师可根据实 际电路微调一下，会有所改善四、调试注意事项在调试过LC巴伦电路时，可以通过附加电感和电容来调节Zdp和Zsn阻抗值来实现匹 配在调试过程中应遵循下面三点：＞为避免增加不必要的插入损耗，只改变虚部，不改变实部＞如果在单端一侧修改更加经济（双端用料是单端的两倍）＞修改时尽量用电容而不要用电感，将更加经济本文档针对无线 2.4g 频段巴伦设计做了简单的介绍，希望对大家在理解上和实际使用 中有所帮助。