CN103236869A - 一种收发一体多功能电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种收发一体多功能电路,涉及收发两用电路技术领域。包括天线端通道选择开关电路、接收通道低噪声放大器电路、驱动端通道选择开关电路、发射通道功率放大器电路和收发支路电源控制电路,接收通道低噪声放大器电路和发射通道功率放大器电路为电流复用电路,所述天线端通道选择开关电路和驱动端通道选择开关电路采用开关浮地电路。所述电路具有集成功能复杂、超低功耗、高功率附加效率以及温度稳定性要求高等特点;结合芯片加工工艺特点,创新性运用了放大器的电流复用技术和开关浮地等多种新技术,满足了接收支路的超低功耗和发射支路高功率附加效率要求等各种具体需求,优化及创新不同应用背景的整体电路拓扑,实现了各项指标。
Description
技术领域
本发明涉及收发两用电路技术领域,尤其涉及一种微波单片集成电路技术领域。
背景技术
高功率附加效率的收发一体多功能电路作为一个部件在微波和毫米波相控阵系统中广泛应用,图11是一个简化的相控阵T/R组件的示意图,该系统包含了收发一体多功能电路210和幅相控制多功能电路220,两款多功能电路实现一个相控阵用T/R单元,实现传输信号的收发放大功能及幅度、相位控制。收发一体多功能电路210包含了天线端通道选择开关电路211,接收通道低噪声放大器电路212,发射通道功率放大器电路214,驱动端通道选择开关电路213和收发支路电源控制215等五个功能单元。
随着相控阵T/R组件高功率输出、小型化和批量化的要求,目前该系统中采用的分离单功能MMIC电路不能满足小型化及批量工程化的要求。申请号为200820141364的专利文件公开了一种毫米波功率级单片收/发集成电路。文献中描述采用MMIC技术实现类似收发一体多功能芯片的可能性,但不包含运用了放大器的电流复用技术和开关浮地等多种新技术,满足了接收支路的超低功耗和发射支路高功率附加效率要求等各种具体需求的技术途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种收发一体多功能电路,所述电路具有超低接收功耗、高发射功率附加效率和简便的正压控制通道选择开关等特点。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种收发一体多功能电路,包括天线端通道选择开关电路、接收通道低噪声放大器电路、驱动端通道选择开关电路、发射通道功率放大器电路和收发支路电源控制电路,其特征在于接收通道低噪声放大器电路和发射通道功率放大器电路为电流复用电路,所述天线端通道选择开关电路和驱动端通道选择开关电路采用开关浮地电路。
优选的:所述天线端通道选择开关电路包括电阻R1-R3、电阻R24-R26、电容C1-C3、电容C23-C25、微带线M1-M3、微带线M34-M36和场效应管FET1和场效应管FET10,所述天线端通道选择开关电路的双向端口的第一路经电容C1、微带线M1、微带线M3接电容C3的一端,电容C3的另一端为所述天线端通道选择开关电路的输出端,场效应管FET1的漏极接微带线M1与微带线M3的结点,场效应管FET1的源极经微带线M2、电容C2接地,微带线M2与电容C2的结点经电阻R2、电阻R3接微带线M3与电容C3的结点,电阻R2与电阻R3的结点接电源;
所述天线端通道选择开关电路的双向端口的第二路经电容C25、微带线M36、微带线M34接电容C23的一端,电容C23的另一端为所述天线端通道选择开关电路的输入端,场效应管FET10的漏极接微带线M36与微带线M34的结点,场效应管FET1的源极经微带线M35、电容C24接地,微带线M35与电容C24的结点经电阻R25、电阻R24接微带线M34与电容C23的结点,电阻R25与电阻R24的结点接电源。
优选的:所述接收通道低噪声放大器电路包括电阻R4-R11、电容C4-C10、电感L1-L2、微带线M4-M14和场效应管FET2-FET4,所述接收通道低噪声放大器电路的输入端经电容C4、微带线M4、微带线M5接场效应管FET2的栅极,微带线M4与微带线M5的结点经电阻R4接地,场效应管FET2的源极经微带线M6、电阻R5接地,所述电容C5与电阻R5并联,所述场效应管FET2的漏极的第一路经电容C6、微带线M8、微带线M9接场效应管FET3的栅极,场效应管FET2漏极的第二路经微带线M7接电感L1的一端,场效应管FET3的源极经微带线M10、电容C7接地,电感L1的另一端接微带线M10与电容C7的结点,场效应管FET3的漏极的第一路经电容C8、微带线M12、微带线M13接场效应管FET4的栅极,场效应管FET3的漏极的第二路经微带线M11接电感L2的一端,微带线M12与微带线M13的结点经电阻R9、电阻R8、电阻R6接微带线M8与微带线M9的结点,电阻R8与电阻R6的结点经电阻R7接地,场效应管FET4的源极经微带线M14、电容C9接地,电感L2的另一端接微带线M14与电容C9的结点,场效应管FET4漏极的第一路经电阻R11-R9接微带线M12与微带线M13的结点,电阻R10与电阻R11的结点接电源,场效应管FET4的漏极的第二路接电容C10的一端,电容C10的另一端为所述收通道低噪声放大器电路的输出端。
优选的:所述发射通道功率放大器电路包括电阻R18-R23、电容C17-C22、电感L3、微带线M21-M33和场效应管FET7-FET9,所述发射通道功率放大器电路的输入端经电容C17、微带线M21、微带线M22接场效应管FET7的栅极,微带线M21与微带线M22的结点经电阻R18接地,所述场效应管FET7的源极经微带线M23、电阻R19接地,所述电容C18与所述电阻R19并联,所述场效应管FET7的漏极的一路经电容C19、微带线M25、微带线M26接场效应管FET8的栅极,所述场效应管FET7的漏极的另一路经微带线M24与电感L3的一端连接,微带线M25与微带线M26的结点经电阻R20、电阻R21接地,所述场效应管FET8的源极经微带线M27、电容C20接地,电感L3的另一端接微带线M27与电容C20的结点,所述场效应管FET8的漏极的第一路经电阻R22接电阻R20与电阻R21的结点,所述场效应管FET8的漏极的第二路经电容C21、微带线M28、微带线M30接场效应管FET9的栅极,所述场效应管FET8的漏极的第三路接电源,微带线M28与微带线M30的结点经微带线M29、电阻R23接电源,所述场效应管FET9的源极经微带线M33接地,所述场效应管FET9的漏极的第一路经微带线M31接电源,所述场效应管FET9的漏极的第二路经微带线M32与电容C22的一端连接,所述电容C22的另一端为所述发射通道功率放大器电路的输出端。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述收发一体多功能电路具有集成功能复杂、超低功耗、高功率附加效率以及温度稳定性要求高等特点;结合芯片加工工艺特点,创新性运用了放大器的电流复用技术和开关浮地等多种新技术,满足了接收支路的超低功耗和发射支路高功率附加效率要求等各种具体需求,优化及创新不同应用背景的整体电路拓扑,实现了各项指标。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的原理框图;
图2是图1中天线端通道选择开关电路的电路原理图;
图3是图1中接收通道低噪声放大器电路的电路原理图;
图4是图1中射通道功率放大器电路的电路原理图;
图5是本发明的电路原理图;
图6是接收通道低噪声测试结果图;
图7是接收通道的增益测试结果图;
图8是发射通道的输出功率测试结果图;
图9是发射通道的功率附加效率测试结果图;
图10是发射通道的工作电流测试结果图;
图11是简化的相控阵T/R组件的示意图;
其中:210、收发一体多功能电路 211、天线端通道选择开关电路 212、接收通道低噪声放大器电路 213、驱动端通道选择开关电路 214、发射通道功率放大器电路 215、收发支路电源控制 220、幅相控制多功能电路。
具体实施方式
如图1和5所示,一种收发一体多功能电路,包括天线端通道选择开关电路211、接收通道低噪声放大器电路212、驱动端通道选择开关电路213、发射通道功率放大器电路214和收发支路电源控制电路215。接收通道低噪声放大器电路212和发射通道功率放大器电路214为电流复用电路,所述天线端通道选择开关电路211和驱动端通道选择开关电路213采用开关浮地电路。
如图2所示,所述天线端通道选择开关电路包括电阻R1-R3、电阻R24-R26、电容C1-C3、电容C23-C25、微带线M1-M3、微带线M34-M36和场效应管FET1和场效应管FET10。所述天线端通道选择开关电路的双向端口的第一路经电容C1、微带线M1、微带线M3接电容C3的一端,电容C3的另一端为所述天线端通道选择开关电路的输出端,场效应管FET1的漏极接微带线M1与微带线M3的结点,场效应管FET1的源极经微带线M2、电容C2接地,微带线M2与电容C2的结点经电阻R2、电阻R3接微带线M3与电容C3的结点,电阻R2与电阻R3的结点接电源;
所述天线端通道选择开关电路的双向端口的第二路经电容C25、微带线M36、微带线M34接电容C23的一端,电容C23的另一端为所述天线端通道选择开关电路的输入端,场效应管FET10的漏极接微带线M36与微带线M34的结点,场效应管FET1的源极经微带线M35、电容C24接地,微带线M35与电容C24的结点经电阻R25、电阻R24接微带线M34与电容C23的结点,电阻R25与电阻R24的结点接电源。
在通道选择开关的设计中,采用电压浮地技术实现正电压对场效应晶体管的简便控制。通过电容C1-C3对开关耗尽型场效应晶体管FET1的漏极和源极进行隔离直流,晶体管FET1的栅极通过隔离电阻R1接地,晶体管FET1的漏极和源极分别通过电阻R3、电阻R2进行正电压Vc_Rx馈电,从而实现正电压Vc_Rx对开关型耗尽型场效应晶体管FET1的开关控制,微波元件微带线M1-M3实现开关的微波匹配功能;通过电容C11-C13对开关耗尽型场效应晶体管FET5的漏极和源极进行隔离直流,晶体管FET5的栅极通过隔离电阻R14接地,晶体管FET5的漏极和源极分别通过电阻R12、电阻R13进行正电压Vc_Rx馈电,从而实现正电压Vc_Rx对开关耗尽型场效应晶体管FET5的开关控制,微波元件M15-M17实现开关的微波匹配功能;通过电容C14-C16对开关耗尽型场效应晶体管FET6的漏极和源极进行隔离直流,晶体管FET6的栅极通过隔离电阻R15接地,晶体管FET6的漏极和源极分别通过电阻R17、电阻R16进行正电压Vc_Tx馈电,从而实现正电压Vc_Tx对开关耗尽型场效应晶体管FET6的开关控制,微波元件M18-M20实现开关的微波匹配功能;通过电容C23-C25对开关耗尽型场效应晶体管(FET10)的漏极和源极进行隔离直流,晶体管(FET10)的栅极通过隔离电阻R26接地,晶体管FET10的漏极和源极分别通过电阻R24、电阻R25进行正电压Vc_Tx馈电,从而实现正电压Vc_Tx对开关耗尽型场效应晶体管FET10的开关控制,微波元件M34-M36实现开关的微波匹配功能。当Vc_Tx等于0伏、Vc_Rx等于5伏时,接收通道工作;当Vc_Tx等于5伏、Vc_Rx等于0伏时,发射通道工作。
如图3所示,所述接收通道低噪声放大器电路212包括电阻R4-R11、电容C4-C10、电感L1-L2、微带线M4-M14和场效应管FET2-FET4。所述接收通道低噪声放大器电路的输入端经电容C4、微带线M4、微带线M5接场效应管FET2的栅极,微带线M4与微带线M5的结点经电阻R4接地,场效应管FET2的源极经微带线M6、电阻R5接地,所述电容C5与电阻R5并联,所述场效应管FET2的漏极的第一路经电容C6、微带线M8、微带线M9接场效应管FET3的栅极,场效应管FET2漏极的第二路经微带线M7接电感L1的一端,场效应管FET3的源极经微带线M10、电容C7接地,电感L1的另一端接微带线M10与电容C7的结点,场效应管FET3的漏极的第一路经电容C8、微带线M12、微带线M13接场效应管FET4的栅极,场效应管FET3的漏极的第二路经微带线M11接电感L2的一端,微带线M12与微带线M13的结点经电阻R9、电阻R8、电阻R6接微带线M8与微带线M9的结点,电阻R8与电阻R6的结点经电阻R7接地,场效应管FET4的源极经微带线M14、电容C9接地,电感L2的另一端接微带线M14与电容C9的结点,场效应管FET4漏极的第一路经电阻R11-R9接微带线M12与微带线M13的结点,电阻R10与电阻R11的结点接电源,场效应管FET4的漏极的第二路接电容C10的一端,电容C10的另一端为所述收通道低噪声放大器电路的输出端。
接收通道低噪声放大器电路采用多级器件级联共用一路电源Vd_Rx,即通过直流馈电电感L1和L2实现后一级源极给前一级漏极馈电,通过电感L2实现耗尽型场效应晶体管FET4的源极向耗尽型场效应晶体管FET3的漏极馈电,通过电感L1实现耗尽型场效应晶体管FET3的源极向耗尽型场效应晶体管FET2的漏极馈电,实现工作电流复用;电阻R4-R11提供电路中耗尽型场效应晶体管FET2 - FET4直流偏置;电容C4、电容C6、电容C8和电容C10实现隔直;电容C5、电容C7和电容C9实现交流接地;微带线M4-M5、微带线M7-M9和微带线M11-M13实现微波匹配功能,降低直流馈电网络对电路性能的影响;微带线M6、微带线M10和微带线M14改善电路稳定性。在工作频率范围内,实现50mW超低功耗、29dB的接收增益和2.3dB的接收噪声系数,含天线端通道选择开关插入损耗。
如图4所示,所述发射通道功率放大器电路214包括电阻R18-R23、电容C17-C22、电感L3、微带线M21-M33和场效应管FET7-FET9。所述发射通道功率放大器电路的输入端经电容C17、微带线M21、微带线M22接场效应管FET7的栅极,微带线M21与微带线M22的结点经电阻R18接地,所述场效应管FET7的源极经微带线M23、电阻R19接地,所述电容C18与所述电阻R19并联,所述场效应管FET7的漏极的一路经电容C19、微带线M25、微带线M26接场效应管FET8的栅极,所述场效应管FET7的漏极的另一路经微带线M24与电感L3的一端连接,微带线M25与微带线M26的结点经电阻R20、电阻R21接地,所述场效应管FET8的源极经微带线M27、电容C20接地,电感L3的另一端接微带线M27与电容C20的结点,所述场效应管FET8的漏极的第一路经电阻R22接电阻R20与电阻R21的结点,所述场效应管FET8的漏极的第二路经电容C21、微带线M28、微带线M30接场效应管FET9的栅极,所述场效应管FET8的漏极的第三路接电源,微带线M28与微带线M30的结点经微带线M29、电阻R23接电源,所述场效应管FET9的源极经微带线M33接地,所述场效应管FET9的漏极的第一路经微带线M31接电源,所述场效应管FET9的漏极的第二路经微带线M32与电容C22的一端连接,所述电容C22的另一端为所述发射通道功率放大器电路的输出端。
在发射通道功率放大器电路的设计中,除末级放大的场效应晶体管FET9需保证输出功率外,其它各级采用电流复用技术,即通过电感L3实现耗尽型场效应晶体管FET8的源极向耗尽型场效应晶体管FET7的漏极馈电,实现工作电流复用,发射功率附加效率明显提升10%~12%。根据以上所述,按照图5的电路图,采用砷化镓单片集成电路制造工艺便可实现本发明。
如图6-10是本发明相关参数的测试图,所述收发一体多功能电路具有集成功能复杂、超低功耗、高功率附加效率以及温度稳定性要求高等特点;结合芯片加工工艺特点,创新性运用了放大器的电流复用技术和开关浮地等多种新技术,满足了接收支路的超低功耗和发射支路高功率附加效率要求等各种具体需求,优化及创新不同应用背景的整体电路拓扑,实现了各项指标。
Claims (4)
1.一种收发一体多功能电路,包括天线端通道选择开关电路(211)、接收通道低噪声放大器电路(212)、驱动端通道选择开关电路(213)、发射通道功率放大器电路(214)和收发支路电源控制电路(215),其特征在于接收通道低噪声放大器电路(212)和发射通道功率放大器电路(214)为电流复用电路,所述天线端通道选择开关电路(211)和驱动端通道选择开关电路(213)采用开关浮地电路。
2.根据权利要求1所述的一种收发一体多功能电路,其特征在于所述天线端通道选择开关电路包括电阻R1-R3、电阻R24-R26、电容C1-C3、电容C23-C25、微带线M1-M3、微带线M34-M36和场效应管FET1和场效应管FET10,所述天线端通道选择开关电路的双向端口的第一路经电容C1、微带线M1、微带线M3接电容C3的一端,电容C3的另一端为所述天线端通道选择开关电路的输出端,场效应管FET1的漏极接微带线M1与微带线M3的结点,场效应管FET1的源极经微带线M2、电容C2接地,微带线M2与电容C2的结点经电阻R2、电阻R3接微带线M3与电容C3的结点,电阻R2与电阻R3的结点接电源;
所述天线端通道选择开关电路的双向端口的第二路经电容C25、微带线M36、微带线M34接电容C23的一端,电容C23的另一端为所述天线端通道选择开关电路的输入端,场效应管FET10的漏极接微带线M36与微带线M34的结点,场效应管FET1的源极经微带线M35、电容C24接地,微带线M35与电容C24的结点经电阻R25、电阻R24接微带线M34与电容C23的结点,电阻R25与电阻R24的结点接电源。
3.根据权利要求1所述的一种收发一体多功能电路,其特征在于所述接收通道低噪声放大器电路(212)包括电阻R4-R11、电容C4-C10、电感L1-L2、微带线M4-M14和场效应管FET2-FET4,所述接收通道低噪声放大器电路的输入端经电容C4、微带线M4、微带线M5接场效应管FET2的栅极,微带线M4与微带线M5的结点经电阻R4接地,场效应管FET2的源极经微带线M6、电阻R5接地,所述电容C5与电阻R5并联,所述场效应管FET2的漏极的第一路经电容C6、微带线M8、微带线M9接场效应管FET3的栅极,场效应管FET2漏极的第二路经微带线M7接电感L1的一端,场效应管FET3的源极经微带线M10、电容C7接地,电感L1的另一端接微带线M10与电容C7的结点,场效应管FET3的漏极的第一路经电容C8、微带线M12、微带线M13接场效应管FET4的栅极,场效应管FET3的漏极的第二路经微带线M11接电感L2的一端,微带线M12与微带线M13的结点经电阻R9、电阻R8、电阻R6接微带线M8与微带线M9的结点,电阻R8与电阻R6的结点经电阻R7接地,场效应管FET4的源极经微带线M14、电容C9接地,电感L2的另一端接微带线M14与电容C9的结点,场效应管FET4漏极的第一路经电阻R11-R9接微带线M12与微带线M13的结点,电阻R10与电阻R11的结点接电源,场效应管FET4的漏极的第二路接电容C10的一端,电容C10的另一端为所述收通道低噪声放大器电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种收发一体多功能电路,其特征在于所述发射通道功率放大器电路(214)包括电阻R18-R23、电容C17-C22、电感L3、微带线M21-M33和场效应管FET7-FET9,所述发射通道功率放大器电路的输入端经电容C17、微带线M21、微带线M22接场效应管FET7的栅极,微带线M21与微带线M22的结点经电阻R18接地,所述场效应管FET7的源极经微带线M23、电阻R19接地,所述电容C18与所述电阻R19并联,所述场效应管FET7的漏极的一路经电容C19、微带线M25、微带线M26接场效应管FET8的栅极,所述场效应管FET7的漏极的另一路经微带线M24与电感L3的一端连接,微带线M25与微带线M26的结点经电阻R20、电阻R21接地,所述场效应管FET8的源极经微带线M27、电容C20接地,电感L3的另一端接微带线M27与电容C20的结点,所述场效应管FET8的漏极的第一路经电阻R22接电阻R20与电阻R21的结点,所述场效应管FET8的漏极的第二路经电容C21、微带线M28、微带线M30接场效应管FET9的栅极,所述场效应管FET8的漏极的第三路接电源,微带线M28与微带线M30的结点经微带线M29、电阻R23接电源,所述场效应管FET9的源极经微带线M33接地,所述场效应管FET9的漏极的第一路经微带线M31接电源,所述场效应管FET9的漏极的第二路经微带线M32与电容C22的一端连接,所述电容C22的另一端为所述发射通道功率放大器电路的输出端。
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- 2013-04-11 CN CN201310125175.0A patent/CN103236869B/zh active Active
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