众所周知，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。
图1.Ruthroff型宽带巴伦
图1a显示了一个Ruthroff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。一个布局示例如图1b所示。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。图2显示了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。图5b所示的仿真结果表明，3电感巴伦在3 GHz到20 GHz范围内的CMRR优于20dB。
图2.宽带巴伦的仿真性能
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，性能如图3所示。
图3.传统巴伦和新巴伦的仿真性能比较
集成宽带RF/微波混频器
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。
