[实用新型]一种基于芯片的功分器及集成电路结构

说明书

本实用新型公开了一种基于芯片的功分器及集成电路结构，包括若干个级联的纵向环和横向环，以及若干个调阻电路、调相电路、滤波电路和去耦电路；调阻电路设在级联的纵向环接缝处的环形臂上，调相电路设在级联的横向环之间的环形臂上；在输入端、输出端均设有滤波电路和阻抗可调谐电路；将功分器倒置使用，形成合路器；功分器和合路器的功率分配因子和相位差均可通过调阻和调相电路进行调谐；将功分器的信号输出端通道与合路器的信号输入端通道进行连接，构成带有功分器的集成电路结构。这样的设计，显著提高了片上功分器及其集成电路的通道间隔离度、通道间相位和幅度等技术性能，使整个集成电路具有可调谐特性。

技术领域

本实用新型涉及微波功分器和集成电路领域，特别是涉及一种基于芯片的功分器及集成电路结构。

背景技术

现代微波通信系统中，射频前端是是全球移动通信系统、全球定位系统和蓝牙无线通信系统等现代通信系统的关键技术，为了充分利用频谱资源，提高信号传输速率，以及增强系统可靠性，双频及多频射频前端通信电路的应用日益普遍，功分器是微波功率放大器的重要器件，是射频系统和通信系统的关键部件之一。功分器作用在于将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也称为合路器。

目前，在现有技术实现T/R芯片内的功分器单元，通常采用威尔金森(Wilkinson)结构，为无源片上单元。

一、片上威尔金森功分器结构

如图3所示，是一种威尔金森功分器芯片上实现结构，可以在GaAs、GaN、InP、体硅CMOS-RF、SOI-RF等衬底上实现，具体特点如下：

(a)采用2个级联的纵向环结构扩展带宽。2个级联的纵向环结构的总体带宽要高于分立的两个非级联环的带宽之和；

(b)采用2个级联横向环结构扩展输出通道数量。每个纵向环内有2个横向环，最终输出3个通道。如果每个纵向环内只有1个横向环，则最终输出2个通道，以此类推；

(c)每个环的信号线宽度不变。但环与环之间的信号线宽度不同；

(d)环与环之间采用一个片上薄膜电阻来平衡通道间功率输出；

(e)该功分器反过来使用，也即输入端口变输出端口，输出端口变输入端口，就是功率合路器。

二、功分器在射频前端芯片领域的应用

功分器在射频前端芯片领域的典型应用为功放，包括多赫蒂、序列以及低噪放(LNA)等类型的功放。这些功放在4G、5G移动通信系统等领域有广泛应用。如图4所示，是一种基于片上威尔金森功分器或合路器的多赫蒂类型功放结构。多赫蒂类型功放有载波功放与峰值功放两个支路，为了进一步扩展带宽，峰值功放支路又可能分成多个支路，对典型的2个峰值功放支路而言，加上载波支路，需要3通道功分器。但是由于衬底、面积、设计等因素的限制，现有技术实现的片上威尔金森功分器或合路器还只有2个纵向环的级联。上述多赫蒂功放的芯片设计具体特点如下：

(a)输入端使用威尔金森功分器，输出端将类似功分器反过来使用，变为功率合路器；

(b)每个环的信号线宽度不变，片上薄膜电阻阻值不能调谐，造成整体阻抗匹配情况难以调谐；

(c)片上功分器将输入信号分为载波功放通道(主通道)，以及峰值功放通道(辅助通道)两部分，先后经过移相匹配电路，再由合路器输出；

(d)功分器和合路器不同通道的功率分配因子是静态的，不能动态调谐；

(e)功分器不同通道的相位差是静态的，不能动态调谐；

(f)功分器不同输入、输出通道的阻抗是静态的，不能动态调谐。

因此，在功分器的现有应用当中存在如下问题：