專利名稱：高速寬帶預(yù)分頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速寬帶預(yù)分頻器。
技術(shù)背景MMIC (單片微波集成電路，Monolithic Microwave Integrated Circuit )是利用半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，將電路中所有的有源元件(如異質(zhì) 結(jié)型晶體管、搞電子遷移率晶體管等)和無源元件(如電阻、電容、 電感等)制作在同一塊半導(dǎo)體襯底上的微波電路。匪IC具有使用簡單、 電性能指標(biāo)好、可靠性高、壽命長、體積小、重量輕、 一致性好、成 本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今的射頻、微波系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多。隨著無 線局域網(wǎng)(WLAN)、個(gè)人移動通信系統(tǒng)(PCS)和全球定位系統(tǒng)(GPS) 等軍用、民用通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，以及有源相控陣?yán)走_(dá)、寬帶電子 對抗和毫米波精確制導(dǎo)等高精武器系統(tǒng)的需求，高性能的GaAs (砷化 鎵)MMIC獲得了飛速發(fā)展，GaAsMMIC作為民用通信和微波毫米波雷 達(dá)系統(tǒng)、電子對杭系統(tǒng)，精密制導(dǎo)系統(tǒng)、軍事衛(wèi)星通信等的關(guān)鍵部件， 在軍事和民用應(yīng)用中已起到十分重要的作用，因此研究具有自主知識 產(chǎn)權(quán)的MMIC具有十分重要的戰(zhàn)略意義。高速預(yù)分頻器主要應(yīng)用在無線收發(fā)機(jī)中的鎖相環(huán)式頻率綜合器中 以及光纖通信接收機(jī)中。隨著通信系統(tǒng)頻率的提高，預(yù)分頻器 (Prescaler)作為射頻、微波、系統(tǒng)中工作在最高頻率的電路已經(jīng)成 為系統(tǒng)工作頻率的瓶頸之一。按照電路的工作原理，預(yù)分頻器可以分為模擬預(yù)分頻器和數(shù)字預(yù) 分頻器。模擬預(yù)分頻器的工作頻率相對較高，功耗比較小，但是帶寬 相對比較窄，在電路上難以實(shí)現(xiàn)任意倍數(shù)的分頻比。數(shù)字預(yù)分頻器的 帶寬比較寬，可以工作在直流(方波輸入)到最高工作頻率，分頻比 容易控制，電路設(shè)計(jì)上可以重復(fù)利用基本單元。在實(shí)際產(chǎn)品中，模擬 高速預(yù)分頻器一般應(yīng)用在頻率非常高的軍用系統(tǒng)中，數(shù)字預(yù)分頻器的 應(yīng)用比較廣泛，市場上成熟的產(chǎn)品大部分采用數(shù)字結(jié)構(gòu)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高速、寬帶的預(yù)分頻器，經(jīng)測試可以實(shí)現(xiàn)DC-18GHz頻率范圍內(nèi)的正確分頻。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種高速寬帶預(yù)分頻器，它包括核心分頻單元，采用靜態(tài)數(shù)字預(yù) 分頻器；輸入緩沖極放大單元，設(shè)置在信號輸入端口與核心分頻單元 之間，用于提高輸入信號的幅度靈敏度并實(shí)現(xiàn)輸入端口的阻抗匹配； 輸出緩沖極放大單元，用于對核心分頻單元輸出信號進(jìn)行波形整形、 抑制核心分頻單元輸出信號的共模影響；偏置電路，為整個(gè)預(yù)分頻器 電路提供合理的偏置電壓，保證芯片工作的直流工作點(diǎn)。由于上述技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)采用靜態(tài)數(shù)字預(yù)分頻器作為核心分頻單元的組成部分，相比于模 擬分頻器，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)寬帶的分頻，達(dá)到較高的工作頻率，從而 保證芯片工作在直流到最高工作頻率；同時(shí)，在信號輸入端口引入輸 入緩沖極放大單元，保證了芯片輸入端的高靈敏度和阻抗匹配，在信號輸出端口同樣添加了輸出緩沖極放大單元，除完成和輸入端驅(qū)動電 路類似的功能外，還對核心分頻單元輸出信號進(jìn)行波形整形、抑制核 心分頻單元輸出信號的共模影響。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的核心分頻單元的電路圖，圖中所示為二分頻器單 元模塊電路；圖3為本發(fā)明的輸入緩沖極放大單元的電路圖； 圖4為本發(fā)明的輸出緩沖極放大單元的電路圖； 圖5為本發(fā)明的偏置電路的電路圖；其中1、核心分頻單元；11、發(fā)射極耦合邏輯單元；12、跟隨 電路；2、輸入緩沖極放大單元；3、輸出緩沖極放大單元；4、偏置電 路。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的高速寬帶預(yù)分頻器，包括核心分頻單元1、輸入緩 沖極放大單元2、輸出緩沖極放大單元3、偏置電路4。在結(jié)構(gòu)上，核心分頻單元1采用靜態(tài)數(shù)字預(yù)分頻器，相比模擬分 頻器，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)寬帶的分頻，達(dá)到較高的工作頻率，從而保證 芯片工作在直流(DC)到最高工作頻率。在電路設(shè)計(jì)上，核心分頻單元1由多個(gè)具有同樣結(jié)構(gòu)的發(fā)射極耦 合邏輯單元ll復(fù)用形成，如圖2所示。發(fā)射極耦合邏輯單元11是一 種電流型開關(guān)電路，它的主要特點(diǎn)是開關(guān)數(shù)度快(1納秒左右)，是通 常的晶體管-晶體管邏輯電路開關(guān)速度的幾倍，并且可以方便的組成、擴(kuò)充電路的邏輯功能，節(jié)省元件數(shù)。發(fā)射極耦合邏輯單元11的負(fù)載采用電阻而不是有源管，如圖2所示，圖中R1-R4為負(fù)載電阻，由于負(fù) 載所帶的電容小，充放電速度很快。上述措施保證了電路工的工作頻 率最高。對核心分頻單元1的復(fù)用性設(shè)計(jì)可以減小設(shè)計(jì)的周期，而且，對 于同樣的電路結(jié)構(gòu)，工藝的影響是一致的，這樣有助于提高電路的可 靠性和穩(wěn)定性，如圖2所示為2分頻器的核心分頻單元，如果需要將 電路改造成4分頻器，只需要增加兩組發(fā)射極耦合邏輯單元11，并相應(yīng)的調(diào)整負(fù)載電阻。發(fā)射極耦合邏輯單元11的后端設(shè)置有用于提高分頻器的工作帶 寬的跟隨電路12。使分頻器的帶寬進(jìn)一步擴(kuò)大。如圖3所示，輸入緩沖極放大單元2設(shè)置在信號輸入端口與核心 分頻單元l之間，主要用于實(shí)現(xiàn)輸入端口的阻抗匹配、提高輸入信號 的幅度靈敏度；對輸入的較小信號具有放大的作用，對輸入的幅度較 大的信號有限幅的作用，同時(shí)，也加強(qiáng)了核心分頻單元內(nèi)核與信號輸 入端口之間的隔離，提高了信號的抗干擾能力。附圖4所示，輸出緩沖極放大單元3除了完成與輸入緩沖極放大 單元2同樣的功能外，還用于對核心分頻單元1輸出信號進(jìn)行波形整 形、抑制核心分頻單元1輸出信號的共模影響，提高了整個(gè)分頻器芯 片的驅(qū)動能力和共模抑制能力。輸入緩沖極放大單元2、輸出緩沖極放大單元3包含多個(gè)用于提 高電路穩(wěn)定度的雙晶體管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，保證了在一定的電壓下，有足夠 的電流輸出，提高了電路工作的穩(wěn)定性。如圖5所示，偏置電路4為整個(gè)預(yù)分頻器電路提供合理的偏置電 壓，保證芯片工作的直流工作點(diǎn)。MMIC的封裝需要考慮的因素較多，其中，主要是高頻條件下的一 些寄生電容和電感對電路的影響。為了在整個(gè)頻帶內(nèi)保證電路的特性、 信號的完整性，預(yù)分頻器芯片內(nèi)封裝了一顆用于在整個(gè)頻帶內(nèi)保證電 路的特性、保證輸出信號完整性的高性能去耦電容。結(jié)合HBT工藝的特性，在預(yù)分頻器芯片的底部設(shè)置有散熱片，保 證良好散熱的同時(shí)也保證了良好的芯片接地。預(yù)分頻器芯片的核心分頻單元1的特點(diǎn)決定該電路會存在一個(gè)自 諧振頻率。 一般來說，存在兩種自諧振頻率的控制方法， 一個(gè)是將諧 振頻率一道工作頻率之外，另一個(gè)是通過電路設(shè)計(jì)來抑制諧振頻率。 由于該分頻器的工作頻帶很寬，所以采用抑制自諧振頻率的方法。通 過在信號輸入端引入一個(gè)微小幅度信號，來消除電路諧振頻率。
權(quán)利要求
1、一種高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于它包括核心分頻單元(1)，所述的核心分頻單元(1)采用靜態(tài)數(shù)字預(yù)分頻器；輸入緩沖極放大單元(2)，所述的輸入緩沖極放大單元(2)設(shè)置在信號輸入端口與所述的核心分頻單元(1)之間，用于提高輸入信號的幅度靈敏度并實(shí)現(xiàn)輸入端口的阻抗匹配；輸出緩沖極放大單元(3)，所述的輸出緩沖極放大單元(3)用于對所述的核心分頻單元(1)輸出信號進(jìn)行波形整形、抑制所述的核心分頻單元(1)輸出信號的共模影響；偏置電路(4)，所述的偏置電路(4)為整個(gè)預(yù)分頻器電路提供合理的偏置電壓，保證芯片工作的直流工作點(diǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于它是一種基于GaAs HBT工藝實(shí)現(xiàn)的單片微波集成電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于所述的核心分頻單元(1 )由多個(gè)具有同樣結(jié)構(gòu)的發(fā)射極耦合邏輯單元(11)復(fù)用形成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于所述的發(fā)射極耦合邏輯單元(11)的負(fù)載采用電阻。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于所述的發(fā)射極耦合邏輯單元(11)的后端設(shè)置有用于提高分頻器的工作帶寬的跟隨電路(12)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于輸入緩沖極放大單元(2)還用于隔離信號輸入端口與所述的核心分頻單元(1)，所述的輸出緩沖極放大單元(3)還用于提高整個(gè)分頻器芯片的驅(qū)動能力。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于所述的輸入緩沖極放大單元(2)、所述的輸出緩沖極放大單元(3)包含多個(gè)用于提高電路穩(wěn)定度的雙晶體管并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于所述的預(yù)分頻器芯片內(nèi)封裝了一顆用于在整個(gè)頻帶內(nèi)保證電路的特性、保證輸出信號完整性的高性能去耦電容。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于所述的預(yù)分頻器芯片的底部設(shè)置有散熱片。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速寬帶預(yù)分頻器，其特征在于所述的信號輸入端引入一個(gè)用于消除電路的諧振頻率的微小幅度信號。
全文摘要
一種高速寬帶預(yù)分頻器，包括核心分頻單元，采用靜態(tài)數(shù)字預(yù)分頻器；輸入緩沖極放大單元，設(shè)置在信號輸入端口與核心分頻單元之間，用于提高輸入信號的幅度靈敏度并實(shí)現(xiàn)輸入端口的阻抗匹配；輸出緩沖極放大單元，用于對核心分頻單元輸出信號進(jìn)行波形整形、抑制核心分頻單元輸出信號的共模影響；偏置電路，為整個(gè)預(yù)分頻器電路提供合理的偏置電壓，保證芯片工作的直流工作點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)在DC-18GHz頻率范圍內(nèi)的正確分頻。
文檔編號H03K23/00GK101521506SQ200910115099
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者劉大偉, 栗成智, 瞿曉峰, 陸科杰, 隋文泉 申請人:浙江大學(xué);蘇州通創(chuàng)微芯有限公司