專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)涡酒β史糯笃鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)、制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種廣泛用于W波段各類(lèi)有源雷達(dá)組件及毫米波通信系統(tǒng)的單芯片功率放大器。
背景技術(shù)：
功率放大器是衛(wèi)星通信、雷達(dá)通信等領(lǐng)域中高靈敏度接收機(jī)的關(guān)鍵部件，通過(guò)功率放大器，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大及功率的輸出。單片微波集成電路(麗IC)因其電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)制造毫米波功率放大集成電路的最佳選擇之一。采用MMIC工藝技術(shù)的W波段功率放大器在無(wú)線(xiàn)通信、雷達(dá)及毫米波成像等軍民用途中有著廣泛的應(yīng)用。功率放大器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)是電路的穩(wěn)定性問(wèn)題，因?yàn)樵谳^低頻段內(nèi)有很高的增益及噪聲，所以很容易引發(fā)低頻振蕩，使整個(gè)電路不能穩(wěn)定工作。為了使電路穩(wěn)定，通常需要在多級(jí)放大器的級(jí)與級(jí)之間加入匹配電路，傳統(tǒng)的匹配電路為阻容耦合電路，這種耦合電路采用比較小的電阻和電容即可使電路達(dá)到穩(wěn)定，但這種耦合電路需占用較大的電路面積，且該匹配電路是窄帶結(jié)構(gòu)，寬帶性能較差，很難滿(mǎn)足W波段功率放大器中對(duì)匹配電路的寬帶要求，難以實(shí)現(xiàn)放大器的高功率輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種利用麗IC工藝制造的工作在W波段的單芯片功率放大器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
單芯片功率放大器，其在單芯片上集成有輸入匹配電路，輸入匹配電路的輸入端連接外部信號(hào)輸入源，其輸出端順次級(jí)聯(lián)四級(jí)晶體管放大器、輸出匹配及功率合成電路后向外輸出，所述四級(jí)晶體管放大器包括第一級(jí)晶體管放大器、第二級(jí)晶體管放大器、第三級(jí)晶體管放大器、第四級(jí)晶體管放大器，各級(jí)晶體管放大器通過(guò)匹配電路依次級(jí)聯(lián)，各級(jí)晶體管放大器分別包括三極管、三級(jí)濾波電路，所述三極管的集電極和基極通過(guò)三級(jí)濾波電路與供電端連接，所述第一級(jí)和第二級(jí)晶體管放大器分別包括一個(gè)三極管，第三級(jí)晶體管放大器包括兩個(gè)并聯(lián)的三極管，第四級(jí)晶體管放大器包括四個(gè)并聯(lián)的三極管。上述單芯片功率放大器中，所述各級(jí)晶體管放大器中并聯(lián)三極管的基極之間連接有電阻，集電極之間也連接有電阻。上述單芯片功率放大器中，所述第三級(jí)晶體管放大器中兩個(gè)并聯(lián)三極管的基極之間連接有電阻，集電極之間也連接有電阻；第四級(jí)晶體管放大器中四個(gè)并聯(lián)三極管的基極之間連接有電阻，集電極之間也連接有電阻。上述單芯片功率放大器中，所述電阻為奇模電阻，可有效防止奇模振蕩。上述單芯片功率放大器中，所述第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)晶體管放大器之間的匹配電路為一體化的功分和匹配電路，所述一體化的功分和匹配電路即將功分和匹配一體化實(shí)現(xiàn)。上述單芯片功率放大器中，所述單芯片功率放大器采用MMIC工藝制造。由于MMIC的襯底材料的電子遷移率較高、禁帶寬度寬、工作溫度范圍大、微波傳輸性能好，所以麗IC具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。上述單芯片功率放大器中，所述四級(jí)晶體管放大器為四級(jí)pHEMT晶體管放大器。上述單芯片功率放大器中，所述三級(jí)濾波電路為三級(jí)RC濾波電路。本發(fā)明提供的單芯片功率放大器，在實(shí)際應(yīng)用中與MMIC工藝完全兼容，單芯片中的四級(jí)晶體管放大器，通過(guò)外圍供電電路控制Vd、Vg的電壓，各級(jí)晶體管放大器的集電極和基極供電均采用三級(jí)RC濾波電路，分別針對(duì)各頻率進(jìn)行逐級(jí)濾波，再配以片外芯片電容，保證芯片的全頻段穩(wěn)定，從而可以有效抑制在W波段低噪聲放大器中常見(jiàn)的低頻振蕩，提高了 W波段低噪聲放大器的穩(wěn)定性和寬帶性能。各級(jí)晶體管放大器采用不同數(shù)量的三極管，以1:2的比例推動(dòng)，級(jí)間有一體化的功分和匹配電路，使輸出阻抗匹配及功率合成電路一體化實(shí)現(xiàn)，有效降低芯片面積并減小損耗，實(shí)現(xiàn)芯片高功率輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的單芯片功率放大器可廣泛用于W波段各類(lèi)有源雷達(dá)組件及毫米波通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，其工作頻段寬，且全頻段性能穩(wěn)定，有效降低了芯片面積并減小損耗，實(shí)現(xiàn)芯片高功率輸出。


圖1為本發(fā)明的電路連接框圖。圖2為圖1中四級(jí)晶體管放大器的電路連接框圖。圖中標(biāo)記:1-單芯片，2-輸入匹配電路，3-四級(jí)晶體管放大器，3.1-第一級(jí)晶體管放大器，3.2-第二級(jí)晶體管放大器，3.3-第三級(jí)晶體管放大器，3.4-第四級(jí)晶體管放大器，4-輸出匹配及功率合成電路，5-三極管，6-三級(jí)RC濾波電路，7-功分及匹配電路，8-奇模電阻。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1
如附圖1、附圖2所示，本實(shí)施例的單芯片功率放大器，其在單芯片I上集成有輸入匹配電路2，輸入匹配電路2的輸入端連接外部信號(hào)輸入源，其輸出端順次串接四級(jí)晶體管放大器3、輸出匹配及功率合成電路4后向外輸出，所述四級(jí)晶體管放大器3包括依次級(jí)聯(lián)的第一級(jí)晶體管放大器3.1、第二級(jí)晶體管放大器3.2、第三級(jí)晶體管放大器3.3、第四級(jí)晶體管放大器3.4，第一級(jí)晶體管放大器3.1與第二級(jí)晶體管放大器3.2通過(guò)匹配電路級(jí)聯(lián)，第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)晶體管放大器通過(guò)一體化的中間級(jí)功分及匹配電路7依次級(jí)聯(lián)，所述第一級(jí)晶體管放大器3.1、第二級(jí)晶體管放大器3.2、第三級(jí)晶體管放大器3.3、第四級(jí)晶體管放大器3.4分別包括三極管5、三級(jí)RC濾波電路6，所述三極管5的集電極和基極分別通過(guò)三級(jí)RC濾波電路6與供電端連接，所述第一級(jí)晶體管放大器3.1和第二級(jí)晶體管放大器
3.2分別包括一個(gè)三極管5，第三級(jí)晶體管放大器3.3包括兩個(gè)并聯(lián)的三極管5，第四級(jí)晶體管放大器3.4包括四個(gè)并聯(lián)的三極管5，所述第三級(jí)晶體管放大器3.3中兩個(gè)并聯(lián)三極管的基極之間連接有奇模電阻8，兩個(gè)并聯(lián)三極管的集電極之間也連接有奇模電阻8 ;第四級(jí)晶體管放大器3.4中四個(gè)并聯(lián)三極管的基極之間連接有奇模電阻8，四個(gè)并聯(lián)三極管的集電極之間也連接有奇模電阻8。本實(shí)施例采用MMIC工藝制造，單芯片功率放大器實(shí)際應(yīng)用中與MMIC工藝完全兼容，單芯片中的四級(jí)晶體管放大器3，通過(guò)外圍供電電路控制VcU Vg電壓，各級(jí)晶體管放大器的Vdl Vd4和Vgl Vg4供電均采用三級(jí)RC濾波電路6，分別針對(duì)8(Tl00GHz、3(T90GHZ、l(T40GHz進(jìn)行逐級(jí)濾波，再配以片外芯片電容，保證芯片的全頻段穩(wěn)定，從而可以有效抑制在W波段低噪聲放大器中常見(jiàn)的低頻振蕩，提高了 W波段功率放大器的穩(wěn)定性和寬帶性能。該芯片中采用了四級(jí)PHEMT晶體管放大器，各級(jí)晶體管放大器采用不同數(shù)量的三極管，第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)晶體管放大器中的三極管以1:2的比例推動(dòng)，且晶體管之間連接有一體化的中間級(jí)功分及匹配電路7，能夠使輸出阻抗匹配及功率合成電路一體化實(shí)現(xiàn)，有效降低芯片面積并減小損耗，實(shí)現(xiàn)芯片高功率輸出。本實(shí)施例可廣泛用于W_波段各類(lèi)有源雷達(dá)組件及毫米波通信系統(tǒng)領(lǐng)域，其工作頻段在88GHz 95GHz內(nèi)，且性能穩(wěn)定，有效減小了芯片面積并降低損耗，實(shí)現(xiàn)芯片高功率輸出。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.單芯片功率放大器，其在單芯片上集成有輸入匹配電路，輸入匹配電路的輸入端連接外部信號(hào)輸入源，其輸出端順次級(jí)聯(lián)四級(jí)晶體管放大器、輸出匹配及功率合成電路后向外輸出，其特征在于:所述四級(jí)晶體管放大器包括第一級(jí)晶體管放大器、第二級(jí)晶體管放大器、第三級(jí)晶體管放大器、第四級(jí)晶體管放大器，各級(jí)晶體管放大器通過(guò)匹配電路依次級(jí)聯(lián)，各級(jí)晶體管放大器分別包括三極管、三級(jí)濾波電路，所述三極管的集電極和基極通過(guò)三級(jí)濾波電路與供電端連接，所述第一級(jí)和第二級(jí)晶體管放大器分別包括一個(gè)三極管，第三級(jí)晶體管放大器包括兩個(gè)并聯(lián)的三極管，第四級(jí)晶體管放大器包括四個(gè)并聯(lián)的三極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片功率放大器，其特征在于:所述各級(jí)晶體管放大器中并聯(lián)三極管的基極之間連接有電阻，集電極之間也連接有電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單芯片功率放大器，其特征在于:所述第三級(jí)晶體管放大器中兩個(gè)并聯(lián)三極管的基極之間連接有電阻，集電極之間也連接有電阻；第四級(jí)晶體管放大器中四個(gè)并聯(lián)三極管的基極之間連接有電阻，集電極之間也連接有電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單芯片功率放大器，其特征在于:所述電阻為奇模電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片功率放大器，其特征在于:所述第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)晶體管放大器之間的匹配電路為一體化的功分及匹配電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片功率放大器，其特征在于:所述單芯片功率放大器采用麗IC工藝制造。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片功率放大器，其特征在于:所述四級(jí)晶體管放大器為四級(jí)pHEMT晶體管放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片功率放大器，其特征在于:所述三級(jí)濾波電路為三級(jí)RC濾波電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)、制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種廣泛用于W波段毫米波各類(lèi)有源雷達(dá)組件及通信系統(tǒng)的單芯片功率放大器。一種單芯片功率放大器，其在單芯片上集成有輸入匹配電路，輸入匹配電路的輸入端連接外部信號(hào)輸入源，其輸出端順次串接四級(jí)晶體管放大器、輸出匹配及功率合成電路后向外輸出，所述四級(jí)晶體管放大器包括依次級(jí)聯(lián)的第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)晶體管放大器。本發(fā)明的單芯片功率放大器可廣泛用于W波段各類(lèi)有源雷達(dá)組件及毫米波通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，其工作頻段寬，且全頻段性能穩(wěn)定，有效降低了芯片面積并減小損耗，實(shí)現(xiàn)芯片高功率輸出。
文檔編號(hào)H03F3/20GK103178794SQ201310115430
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者管玉靜, 袁野, 黃梟祺 申請(qǐng)人:成都雷電微力科技有限公司