[发明专利]一种基于GaAs HBT工艺的功放芯片偏置电路

说明书

本发明公开了一种基于GaAs HBT工艺的功放芯片偏置电路，涉及新一代信息技术。针对现有技术中温度补偿手段对体积、功率等负面影响的问题提出本方案。利用二极管和第一电阻获得温度感应电阻，同时串接若干HBT管以代替传统电阻，在每一HBT管均引出一路偏置电压，实现多阶正温度系数电压输出。进一步将此电压通过电流镜和正温系数第二电阻转化，为功放芯片提供温漂抑制的偏置电流。有效应对了移动设备对高集成度、高功率输出、高稳定性、低成本的需求。使得其在实现上能以很低的复杂度与较高的可靠性满足移动设备功放芯片在体积、功耗、长期可持续工作等方面的苛刻要求，具有良好的推广价值。

技术领域

本发明涉及射频芯片技术，尤其涉及一种基于GaAs HBT工艺的功放芯片偏置电路。

背景技术

5G时代的逐步到来对可移动终端设备的射频前端诸多芯片带来了更为严峻的挑战，尤其是功放芯片，作为通信系统中最重要的射频模块之一，位于发射机的末端，其性能直接影响信号的传输距离和传输质量。然而无论使用何种工艺设计功放芯片，其输出性能均受到外部温度以及自热效应严重的影响。在外部，生存条件极端的寒冷地区，温度最低可达-20℃，在内部，受大输出功率、高功率密度和高工作频段影响，放大单元之间热耦合严重，工作温度最高可达130℃。如此巨大的工作温度区间，导致功放芯片工作点漂移严重，并且随着温度变化，输出功率、输出效率以及线性度等性能也会随之下降，严重影响了功放芯片的稳定性。因此急需能够有效抑制温度漂移对电路影响的方法，获得能够在-20℃-130℃的温度范围内稳定输出的功放芯片。目前，国内外已从材料工艺、电路结构、封装工艺、芯片应用等方面提出较多提高热稳定的方法。

目前，5G功放芯片主要采用具有良好电子迁移率和沟道电子密度的GaAs HBT工艺，以提高功率密度，降低芯片面积。但与此同时也加剧了芯片内部的自热效应，导致温度漂移严重。因此，从电路结构方面进行优化尤其是对具有温漂抑制功能的偏置电路进行优化，是解决GaAs HBT工艺功放芯片热稳定性的有效手段之一。为了抑制温度变化引起的功放增益变化以及线性度下降等问题，可使用片外稳压结构或是片上温度传感结构，但是此类方法在增大了功耗的同时也增加了面积成本，因此更为有效的办法是利用片上抑制温漂偏置电路，提供尽量不受温度影响的偏置电压或是偏置电流。目前，已提出了多种片上电路结构，有利用稳压二极管自动补偿温度漂移的电路，此电路简单且功耗低，利于片上集成，但精度较低，带负载能力低，输出端电压被稳压二极管钳制，不适用于较大面积的功率管；有利用二极管代替BJT管的高阶温度补偿带隙基准电路，有通过类似于差分电压结构实现温度探测和补偿放大的偏置电路，这两种电路提高了精度的同时降低了温度系数，但同样都面临了集成度越来越高的移动通信设备的挑战，面积和功耗的消耗限制了此类电路的普适性；还有将指数电流转换器与PTAT电流相结合的电路，实现了温度补偿的dB线性增益控制，也降低了面积，但输出电压层次单一，不能提供多层温度系数的电压补偿，防止偏置电压过大导致的击穿。通过分析上述解决方案，现亟需一种易于集成的、面积和功耗小型化的、能够提供多阶温度系数补偿的片上温度补偿偏置电路。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于GaAs HBT工艺的功放芯片偏置电路，以解决上述现有技术存在的问题。

本发明所述的一种基于GaAs HBT工艺的功放芯片偏置电路，在同一芯片内集成有温度补偿单元、多阶式正温度系数电压单元以及准电流镜偏置单元；所述的温度补偿单元包括二极管和第一电阻，所述的二极管正极连接电源电压，负极一路经过第一电阻接地，另一路作为输出端连接至所述多阶式正温度系数电压单元；所述的多阶式正温度系数电压单元包括GaAs HBT工艺制作的若干HBT管，各HBT管均为各自的基极和集电极短接，且依次串联在温度补偿单元输出端与地之间；每一所述HBT管的集电极分别引出一路作为多阶式的电压输出端；所述的准电流镜偏置单元包括正温系数第二电阻和电流镜；所述的正温系数第二电阻一端作为所述准电流镜偏置单元的电压输入，另一端连接所述电流镜的输入侧；所述电流镜输出侧用于输出偏置电流；所述准电流镜偏置单元的电压输入连接所述多阶式的电压输出端之一。