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脉冲超宽带波束成形技术适用于高分辨率和精确定位的场景中,比如MIMO天线阵列系统。在短距离无线通信领域,如无线传感网和无线体域网中也有广泛的应用。基于实时延时技术的组件是实现波束成形系统的精确扫描角分辨率和宽扫描角度范围的关键单元。为使实时延时技术更易集成在脉冲超宽带发射机中且设计成本更低,研制具有延时范围大,延时分辨率小,群延时平坦度高,抗干扰性能好和稳定性高等特点的可编程实时延时阵列电路至关重要。本文设计了应用于脉冲超宽带四天线阵元发射机系统的可编程实时延时阵列电路。该电路在相邻四个通道的发射信号间引入实时延时,以实现波束成形。整体电路由四路径输出的级联延时单元阵列,2个四位开关/电压转换器和4个双路选择器组成,并加入输入匹配电阻和NMOS源级跟随器完成对电路输入和输出端口的匹配。延时阵列架构中,四条延时路径中的延时单元个数呈等差数列分布,取代基于开关的调节,从而减小延时抖动。引入相对延时概念,实现延时电路的延时分辨率与总延时范围设计指标间的权衡。引入路径共享技术,减少实际需要的级联单元个数,简化了电路结构。通过单元匹配和负载匹配,减小了不同延时单元间的电路失配,提高延时精度。延时单元采用改进的电流缺乏型有源反相器延时结构,其延时通过控制电压Vctrl改变电路中的电流进行调节,具有大可调延时范围。4-bit数控字的开关/电压转换器电路由映射了控制电压Vctrl和单元延时τ的拟合线性关系的二进制晶体管网络组成。将延时和控制电压间的非线性关系转变为延时和控制字间的线性关系,实现了可编程线性延时调节。双路选择器采用传输门和反相器组合的电路,保证大动态范围。在每条延时路径上抽头出的两个不同的延时输出中进行选择,达到扩张延时范围的目的。电路采用0.18μm CMOS工艺完成设计,芯片的核心区域面积为0.145 mm2,包括I/O管脚的面积为0.39mm2。前仿真结果表明:多输出可编程延时阵列电路中,级联延时单元的最大级联误差为1.9ps,误差率0.625%。延时单元的最大延时抖动为4.96%,延时步进的最大抖动为1.68%。后仿真结果显示:在TT工艺角下,整个可编程延时阵列电路实现的四路信号间的最大相对延时范围为0195ps和220ps420ps。这两段延时范围由4位开关进行可编程控制,以（13±1.5）ps的延时间隔步进。4个延时输出信号的增益抖动小于±0.5%。在0.2GHz到1.2GHz的带宽范围内实现了平坦的群延时响应,在通带内四路延时输出的相对延时范围的抖动为10.8%,相对延时间隔的抖动最大为6.85%。在1.8V供电下的最大功耗是288mW,平均到单条延时路径是72mW的功耗。多延时阵列结构易于集成在四天线发射系统中,其延时范围可提供天线间距d为15cm的系统-23°23°和26.1°56.1°的扫描角范围,约2.5°的扫描角分辨率。