[发明专利]一种可上下切换供电毫米波宽带增益自均衡低功耗放大器

说明书

本发明公开了一种可上下切换供电毫米波宽带增益自均衡低功耗放大器，采用并联负反馈结构结合电流复用结构，从而拓宽了带宽，并在超宽带范围内实现了增益自均衡，且均衡量可达2～3dB，同时实现了低功耗。同时，本发明在输出匹配网络的两个电源馈电端分别设置了一个电源滤波结构，在一端馈电时，另一端保持悬空即可实现上下可切换供电，使用方便，有利于超宽带毫米波放大器芯片所在微波组件的布局。

技术领域

本发明属于微波单片集成电路技术领域，具体涉及一种可上下切换供电毫米波宽带增益自均衡低功耗放大器的设计。

背景技术

微波单片集成电路简称MMIC，是一种把有源和无源元器件制作在同一块半导体基片上的微波电路。它具有体积小、稳定性高、一致性好、寄生参量小等特点，成为军事电子和民用通信系统最具吸引力的选择。超宽带毫米波放大器芯片以其带宽宽、通信容量大等优点，是多领域电子设备的关键产品，在精确制导、雷达通信、航天测控以及卫星通信等领域都有着广泛的应用。

随着半导体工艺的飞速发展和芯片工作频率的提高，芯片的功耗迅速增加，而功耗增加又将导致芯片发热量的增大和可靠性的下降，因此功耗已成为集成电路设计中的一个重要考虑因素。为了使产品更具竞争力，业界对芯片设计的要求已从单纯追求高性能、小面积转为对性能、面积、功耗的综合要求。而芯片作为微波系统的核心部件，其低功耗设计对降低整个系统的功耗具有重要意义。

微波系统中经常遇到损耗随着频率升高而加剧的问题，需要通过额外添加均衡器件加大频带低端损耗来获得宽频带的增益平坦。这种做法往往会降低接收灵敏度，加大功率损耗，增加系统复杂度。如果我们在微波系统中使用的放大器具有增益自均衡特性，即增益随频率升高而增加的话，则可以有效解决这一问题。目前设计宽带放大器的主要障碍是受到有源器件增益-带宽乘积的制约。任何有源器件的增益在高频端都具有逐渐下降的特性，除了正向增益S21降低之外，反向增益S12增加，这将使放大器的整体增益进一步降低，并使器件进入振荡状态的可能性增加。尤其是在毫米波频段，想要获得增益自均衡将更难实现。

微波组件中往往涉及多种元器件，因此组件中的元器件布局也相当重要，布局不合理会导致组件尺寸增大，也会有电磁干扰等问题出现。如果在芯片设计中能方便组件供电，则将大大增加组件布局的灵活性。

发明内容

本发明的目的是提出一种可上下切换供电毫米波宽带增益自均衡低功耗放大器，在不影响超宽带毫米波放大器芯片性能前提下，可上下切换灵活供电，并且能够实现超宽带范围内的增益自均衡及芯片的低功耗。

本发明的技术方案为：一种可上下切换供电毫米波宽带增益自均衡低功耗放大器，包括晶体管M1和晶体管M2，晶体管M1的栅极通过微带线TL4分别与输入匹配网络的输出端以及第一并联负反馈网络的一端连接，其漏极通过微带线TL5分别与第一并联负反馈网络的另一端以及电流复用网络的输入端连接，其源极通过微带线TL6与M1管自偏网络连接，输入匹配网络的输入端为低功耗放大器的射频输入端RFIN；晶体管M2的栅极与电流复用网络的输出端连接，其源极通过微带线TL13分别与电流复用网络以及M2管射频到地网络连接，其漏极通过微带线TL14分别与输出匹配网络的输入端以及第二并联负反馈网络的一端连接，第二并联负反馈网络的另一端通过电流复用网络与晶体管M2的栅极连接，输出匹配网络的两个馈电端分别通过第一电源滤波网络和第二电源滤波网络与电源VDD连接，其输出端为低功耗放大器的射频输出端RFOUT。

进一步地，输入匹配网络包括电容C1、微带线TL1和接地微带线TL2，电容C1的一端为输入匹配网络的输入端，其另一端与微带线TL1的一端连接，微带线TL1的另一端与接地微带线TL2连接，并作为输入匹配网络的输出端。

进一步地，M1管自偏网络包括接地电阻R1与接地电容C2，接地电阻R1与接地电容C2均通过微带线TL6与晶体管M1的源极连接。