本發(fā)明涉及毫米波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一個基于sigebicmos工藝，能在不同溫度下具有增益調(diào)節(jié)功能的溫度增益均衡器。

背景技術(shù)：

毫米波具有寬頻帶、高精度、高分辨率和大信息容量。隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本增加，系統(tǒng)逐漸往單片集成發(fā)展。sigebicmos工藝不僅可以為射頻和模擬提供高性能的sigehbt工藝、并且可以為數(shù)字電路設(shè)計提供高密度集成的cmos工藝。因此基于sigebicmos工藝的毫米波收發(fā)前端單片集成電路為毫米波相控陣技術(shù)的發(fā)展必須。

基于sigebicmos工藝的半導(dǎo)體器件相較于gaas/inp/gan等工藝而言，其器件的工作結(jié)溫上升更快，加之硅基襯底熱傳導(dǎo)性不佳，制約著sigebicmos工藝器件的應(yīng)用發(fā)展。在sigebicmos工藝中，晶體管的最大截至頻率隨溫度升高而降低，用該特性的晶體管設(shè)計的有源電路(低噪聲放大器或者功率放大器)必然在高溫的時候增益降低，在低溫的時候增益增大。如此，采用該工藝進(jìn)行設(shè)計的系統(tǒng)在溫度變化很大的應(yīng)用場景，其工作特性將會變得很不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是sigebicmos工藝的半導(dǎo)體器件的不良溫度特性對系統(tǒng)增益指標(biāo)的惡化。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：采用t型衰減網(wǎng)絡(luò)對不同溫度的系統(tǒng)增益進(jìn)行均衡。

進(jìn)一步的是，所述溫度增益均衡器使用nmos晶體管替代原衰減網(wǎng)絡(luò)的電阻，利用導(dǎo)通狀態(tài)下，nmos晶體管的等效電阻所組成衰減網(wǎng)路對輸入信號進(jìn)行增益均衡。

進(jìn)一步的是，所述溫度增益均衡器中包含一個電壓變換模塊，該模塊輸出兩條隨溫度變化相異的電壓信號。該相異的電壓信號加載在nmos晶體管的柵極。

本發(fā)明的有益效果：溫度增益均衡器在高溫的時候衰減量小，在低溫的時候衰減量大，由此均衡系統(tǒng)增益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的溫度增益均衡器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述的電壓變換模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明提出的均衡器的衰減量隨溫度變化的曲線圖；

圖4為本發(fā)明提出的溫度均衡器的駐波曲線圖；

圖5為本發(fā)明提出的溫度均衡器的功率容量曲線圖；

圖6為本發(fā)明提出的電壓變換模塊的版圖照片；

圖7為本發(fā)明提出的溫度均衡器的版圖照片

圖1和圖2標(biāo)記說明：溫度增益均衡器的衰減模塊(101)，溫度增益均衡器的電壓變換模塊(102)，隨溫度正相關(guān)電壓模塊(301)，隨溫度變換負(fù)相關(guān)電壓模塊(401)，比較電壓支路(211)，晶體管(q1-q5)電阻(r1-r5)，電流源模塊(currentsource)，反相器(inverter)，運(yùn)算放大器端口(inn、inp、gnd、irefo)，端口(in、out、sub、vout1和vout2)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括一個衰減模塊(101)和電壓轉(zhuǎn)換模塊(201)。

其中所述衰減模塊(101)由串聯(lián)晶體管q1和q2，以及并聯(lián)到地晶體管q3組成。串聯(lián)晶體管的柵極控制電壓為vout1，并聯(lián)晶體管的柵極控制電壓為vout2。

其中所訴電壓轉(zhuǎn)換模塊(201)由隨溫度負(fù)相關(guān)電壓變換模塊(201)和隨溫度負(fù)相關(guān)正相關(guān)電壓變換模塊(301)。電壓轉(zhuǎn)換模塊(201)輸出兩條100ua的電流支路(ibias1和ibias2)。一條支路與電阻r4組成隨溫度負(fù)相關(guān)正相關(guān)電壓變換模塊(301)。電阻r4的數(shù)值隨溫度升高而變大。另一條支路把r5上的采樣電壓作為運(yùn)算放大器inn端口的輸入，該電壓與比較電壓支路(211)的電壓進(jìn)行比較。

其中電壓比較支路(211)包括穩(wěn)流晶體管(q4和q5)和電阻(r4和r2)，電阻的放置使得始運(yùn)算放大器端口inp始終存在一個比運(yùn)算放大器端口inn大的電壓。

在圖1所示的in端接50歐姆匹配端口作輸入端，out端50歐姆匹配端口作輸出端，電壓變換模塊(102)把輸出兩個控制電壓給衰減模塊(101)，根據(jù)在不同溫度下對應(yīng)的柵極電壓控制衰減模塊(101)的晶體管(q1-q3)的導(dǎo)通電阻。

如圖3-圖5所示，當(dāng)輸入信號頻率為14-19ghz時候，在溫度范圍為-55℃～125℃，其高低溫增益均衡值為3db，且均衡度精度優(yōu)于0.01db，常溫?fù)p耗為2.9db，端口駐波優(yōu)于15db，輸入1db壓縮點(diǎn)優(yōu)于20dbm。由圖6可知電壓變換模塊芯片面積為150um*300un。由圖7可知，該衰減模塊芯片面積為50um*70um，因此可見，該發(fā)明的面積很小，衰減模塊增加即可實(shí)現(xiàn)3db倍數(shù)的增益均衡(電壓變換模塊則只需要增加電流支路即可)。因此該發(fā)明可以在不改變原系統(tǒng)布局的情況下，改善半導(dǎo)體器件不良溫度特性對系統(tǒng)增益的影響，在毫米波相控陣領(lǐng)域有極大的應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于CMOS和BiCMOS工藝的溫度增益均衡器。該均衡器包括了一個電壓變換模塊和一個衰減模塊。所述溫度增益均衡器使用NMOS晶體管替代原衰減網(wǎng)絡(luò)的電阻，利用電壓變換模塊產(chǎn)生不同的柵極電壓控制晶體管。單個均衡器在?55℃～125℃工作溫度下可均衡增益3dB。均衡器駐波良好，面積極小，可在不影響原系統(tǒng)布局的前提下，對系統(tǒng)進(jìn)行增益均衡。該方案適用于毫米波單片集成電路領(lǐng)域，對軍事作戰(zhàn)及航空航天的電路系統(tǒng)有極大的應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：楊漫菲;王磊;馬凱文;陳慶;方堃
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.29
技術(shù)公布日：2017.09.08