LC巴伦电路设计与仿真

LC巴伦电路设计与仿真

一、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-wL×wC）

U3=（U1×jwL）/（1/jwC+jwL）=-U1/（1-wL×wC）

可以看出两者电压幅值相等，相位相差180度。

其中，令Z dp是两个差分口的阻抗，Z sn是单端口的源阻抗。则LC大小的计算公式为：

LW0=1CW

⁄==√2Z dp Z sn∗

二、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。Z dp=Z sn=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。

仿真结果如下：

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 ohm。

根据公式，

LW0=1CW

⁄==√2Z dp Z sn∗

又Z dp Z sn∗=(R dp R sn+X dp X sn)-j*(R dp X sn−X dp R 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：

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：

仿真结果如下：

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。