專利名稱：一種直流與微波信號交差布線的放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種直流與微波信號交差布線的放大器電路，尤其是ー種直流信號與微波信號交叉布線的微波、毫米波大功率單片集成功率放大器電路，屬于通訊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波、毫米波大功率單片集成功率放大器是微波探測、制導(dǎo)系統(tǒng)中的核心器件，用于將小功率信號放大成大功率信號，從而提升系統(tǒng)中發(fā)射機的功率輻射電平，增加探測距離。隨著微波探測、制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展，要求在増加探測距離的同時減少能耗，提高放大器效率。一方面，這就要求微波、毫米波大功率單片集成功率放大器具備高輸出功率和高效率。另ー方面，在批量生產(chǎn)過程中，為了提升一致性、成品率，降低成本，芯片必須小型化。由于大功率輸出需要大電流的供給，為了承受大電流，通常饋電電路的線寬100 u m,是信號線寬的兩倍以上，占據(jù)芯片末級空間徑向距離的1/10，占用芯片面積大。此夕卜，高功率和高效率的獲得需要在輸出端進行合適的匹配，常用的T型和型匹配電路及其衍生形態(tài)的幾個枝節(jié)，針對不同頻帶的信號、尤其是寬帶信號，在電路設(shè)計和布局上要便于靈活調(diào)整。而受芯片尺寸的限制，微波、毫米波大功率單片集成功率放大器芯片末級電路布局布線空間十分有限。現(xiàn)有微波、毫米波大功率單片集成功率放大器末級單元具有大柵寬HEMT(HighElectron Mobility Transistor高電子遷移率晶體管)管芯,輸出阻抗低，典型結(jié)構(gòu)如圖I所示，末級MOSFET管芯150經(jīng)過101、102兩個鏡像的輸出電路，再由串聯(lián)電感134、并聯(lián)電容135，到達輸出鍵合點112。輸出電路101包括鍵合壓點111、電容121、微帶122和匹配電路，匹配電路包括電容131、電感132、133間的節(jié)點在電容131的ー極上，由此端面再匹配到輸出端(參見圖2)。當(dāng)面對上述兩方面的要求吋，不僅將極低輸出阻抗匹配到50歐姆成為一大難題，而且在有限的芯片空間內(nèi)，幾乎無法將饋電電路和匹配電路以合理的方式進行設(shè)計，很難達到高輸出功率和高效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)面對的難題，通過對末級電路線路布局的大膽創(chuàng)新，提出ー種直流與微波信號交差布線的放大器電路，從而解決大柵寬功率芯片輸出阻抗到高阻抗比的寬帶匹配問題，使大柵寬HEMT管芯高功率高效率的性能充分挖掘出來，滿足當(dāng)今微波探測、制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展的需求。為了達到以上目的，本發(fā)明直流與微波信號交差布線的放大器電路基本技術(shù)方案是包括直流饋電電路與微波功率信號電路構(gòu)成的電路網(wǎng)絡(luò)單元，所述直流饋電電路始于HEMT管漏極加電鍵合點，經(jīng)并聯(lián)第一 MM電容、串聯(lián)第一微帶電感后接至兩條對稱的分支微帶，所述兩條分支微帶分別與第二MM電容的電極之一串聯(lián)后經(jīng)末級HEMT管芯合成微帶的對應(yīng)線路接至末級HEMT管芯的饋電端；所述微波功率信號電路始于末級MOSFET管芯的信號端，經(jīng)末級HEMT管芯合成微帶的對應(yīng)線路匯合為兩路，分別與兩個第三MM電容并聯(lián)，且分別串聯(lián)所述第二 MM電容的另ー電極，再分別經(jīng)并聯(lián)到地微帶電感，且分別串聯(lián)第二微帶電感之后，合成一路接至第三微帶電感，經(jīng)并聯(lián)的第四MM電容后輸出。本發(fā)明技術(shù)方案進ー步的完善是，所述第二 MM電容的兩電極上、下分布，構(gòu)成所述直流饋電電路與微波功率信號電路的立體交叉，交叉處的夾角最好為90°。本發(fā)明技術(shù)方案更進一歩的完善是，所述微波功率信號電路中合成一路處通過空氣橋與所述直流饋電電路中的兩分支微帶之一形成立體交叉，交叉處的夾角最好為90°。本發(fā)明再進ー步的完善是，所述電路網(wǎng)絡(luò)單元有兩個，互為鏡像電路，所述兩個電路網(wǎng)絡(luò)単元的微波功率信號電路輸出合成至并聯(lián)電容后到達鍵合點。采用本發(fā)明的上述技術(shù)方案后，便于調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的各個枝節(jié)，不再因為直流信 號與微波功率信號交匯點位置固定受布線制約，減少了匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧余量。與傳統(tǒng)方案相比，提升了合成端ロ輸出阻抗，降低了寬帶匹配的難度，緩解了エ藝離散產(chǎn)生的一致性差的問題，在量產(chǎn)過程中使成品率得到進ー步提升，提高了寬帶大柵寬微波、毫米波功放芯片輸出功率和效率。并且芯片空間利用率提高，改善散熱性能，提升了功率密度。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步的說明。圖I為現(xiàn)有技術(shù)的微波、毫米波大功率單片集成功率放大器末級電路版圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)微波、毫米波大功率單片集成功率放大器末級匹配電路示意圖。圖3為本發(fā)明一個實施例的微波、毫米波大功率單片集成功率放大器末級電路版圖。圖4為本發(fā)明ー個實施例微波、毫米波大功率單片集成功率放大器末級匹配電路示意圖。
具體實施例方式實施例一
本實施例的直流與微波信號交差布線的放大器電路如圖3所示，由兩個各鏡像點微波功率信號幅度、相位一致的互為鏡像電路的電路網(wǎng)絡(luò)單元201、202構(gòu)成。每個電路網(wǎng)絡(luò)單元由直流饋電電路與微波功率信號電路構(gòu)成。直流饋電電路始于HEMT管漏極加電鍵合點211，經(jīng)并聯(lián)第一 MM電容221、串聯(lián)第一微帶電感222后接至兩條對稱的分支微帶223，兩分支微帶分別與第二 MM電容231、234的電極之一串聯(lián)后經(jīng)末級HEMT管芯合成微帶的對應(yīng)線路接至末級HEMT管芯250的饋電端。微波功率信號電路始于末級HEMT管芯250的信號端，經(jīng)ー組單胞晶體管構(gòu)成的末級HEMT管芯合成微帶的對應(yīng)線路匯合為兩路，分別與兩個第三MM電容241、242并聯(lián)，且分別串聯(lián)第二 MM電容231、234的另ー電極，再分別經(jīng)并聯(lián)到地微帶電感232、235，且分別串聯(lián)第二微帶電感233、236之后，合成一路接至第三微帶電感238，經(jīng)并聯(lián)的第四MIM電容239后輸出合成至并聯(lián)電容240，最后到達鍵合點212。由于上述第二 M頂電容的兩電極上、下分布，因此構(gòu)成直流饋電電路與微波功率信號電路的立體交叉，且交叉處的夾角為90°。此外，微波功率信號電路中合成一路處通過空氣橋237與直流饋電電路中的兩分支微帶之一形成立體交叉，交叉處的夾角也是90°。
在電路單元201、202中，直流饋電信號在芯片上沿橫向方向傳輸，微波功率信號沿軸向方向傳輸，這樣的電路布線方式可以減少來自直流電源的各種頻率分量的雜波對微波功率信號串?dāng)_的影響。直流饋電電路與微波功率信號電路交叉處不少于6個，分別位于電路單元201中MM電容231、234、空氣橋237以及鏡像電路單元202中的對應(yīng)部分。電路芯片綜合考慮工作頻段、功率、效率、一致性、成品率、成本，其晶圓采用GaAs或GaN材料作為基片，但不僅限于此。理論和試驗證明，本實施例具有如下有益效果
I)便于調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的各個枝節(jié)，如微帶232、233、223、222、238的特征長度和特征寬度，不再因為直流信號與微波功率信號交匯點位置固定，如微帶122、132、133在電容節(jié)點131處交匯而受布線制約，増加匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧余量。2)先將少數(shù)HEMT管芯合成，針對此合成端ロ做一次預(yù)匹配，提升輸出阻抗到一定水平，然后再做一次匹配，將兩個經(jīng)過二次匹配后合成端ロ做二次合成，最后將二次合成后 的端ロ通過第三個網(wǎng)絡(luò)匹配到50歐姆。與傳統(tǒng)方案相比，本實施例提升了合成端ロ輸出阻抗(參見圖2、圖4)，縮小了匹配禁區(qū)，降低了寬帶匹配的難度，緩解了エ藝離散產(chǎn)生的一致性差的問題，在量產(chǎn)過程中使成品率得到進ー步提升，提高了寬帶大柵寬微波、毫米波功放芯片輸出功率和效率。3)芯片空間利用率提高，改善散熱性能，提升了功率密度?？傊?，本實施例解決了大柵寬功率芯片輸出阻抗到50歐姆端ロ高阻抗比的寬帶匹配難題，將大柵寬HEMT管芯高功率高效率的性能充分挖掘出來。
權(quán)利要求
1.ー種直流與微波信號交差布線的放大器電路，包括直流饋電電路與微波功率信號電路構(gòu)成的電路網(wǎng)絡(luò)單元，所述直流饋電電路始于HEMT管漏極加電鍵合點(211)，經(jīng)并聯(lián)第-MIM電容(221)、串聯(lián)第一微帶電感(222)后接至兩條對稱的分支微帶(223)，所述兩條分支微帶分別與第二 MM電容(231、234)的電極之一串聯(lián)后經(jīng)末級HEMT管芯合成微帶的對應(yīng)線路接至末級HEMT管芯(250)的饋電端；所述微波功率信號電路始于末級HEMT管芯(250)的信號端，經(jīng)末級HEMT管芯合成微帶的對應(yīng)線路匯合為兩路，分別與兩個第三MM電容(241、242)并聯(lián)，且分別串聯(lián)所述第二 MM電容(231、234)的另ー電極，再分別經(jīng)并聯(lián)到地微帶電感(232、235)，且分別串聯(lián)第二微帶電感(233、236)之后，合成一路接至第三微帶電感(238)，經(jīng)并聯(lián)的第四MM電容(239)后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流與微波信號交差布線的放大器電路，其特征在于所述第二 MM電容的兩電極上、下分布，構(gòu)成所述直流饋電電路與微波功率信號電路的立體交叉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的直流與微波信號交差布線的放大器電路，其特征在于所述微波功率信號電路中合成一路處通過空氣橋(237 )與所述直流饋電電路中的兩分支微帶之一形成立體交叉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流與微波信號交差布線的放大器電路，其特征在于所述立體交叉的夾角均為90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流與微波信號交差布線的放大器電路，其特征在于所述電路網(wǎng)絡(luò)單元有兩個，互為鏡像電路，所述兩個電路網(wǎng)絡(luò)單元的微波功率信號電路輸出合成至并聯(lián)電容(240)后到達鍵合點(212)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流與微波信號交差布線的放大器電路，其特征在于所述末級HEMT管芯合成微帶由ー組單胞晶體管構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流與微波信號交差布線的放大器電路。該電路包括直流饋電電路與微波功率信號電路構(gòu)成的電路網(wǎng)絡(luò)單元，直流饋電電路始于HEMT管漏極加電鍵合點，經(jīng)并聯(lián)第一MIM電容、串聯(lián)第一微帶電感、對稱的分支微帶，與第二MIM電容的電極之一串聯(lián)后經(jīng)對應(yīng)線路接至末級HEMT管芯的饋電端；微波功率信號電路始于末級HEMT管芯的信號端，經(jīng)對應(yīng)線路匯合為兩路，分別與兩個第三MIM電容并聯(lián)，且分別串聯(lián)第二MIM電容的另一電極，再分別經(jīng)并聯(lián)到地微帶電感，分別串聯(lián)第二微帶電感之后，合成一路接至第三微帶電感，經(jīng)并聯(lián)的第四MIM電容后輸出。本發(fā)明減少了匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧余量，提升了合成端口輸出阻抗，并且芯片空間利用率提高，改善散熱性能，提升了功率密度。
文檔編號H03F3/20GK102655394SQ20121016148
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者張斌, 陶洪琪 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所