CN107797600A - 基于一体化封装的电源调制器 - Google Patents
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- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
Abstract
本发明涉及一种基于一体化封装的电源调制器，属于电子通讯技术领域。该电源调制器包括：采用一体化封装的信号驱动单元与调制输出单元，其中，信号驱动单元输入端连接驱动信号，输出端输出调制驱动信号；调制输出单元连接调制驱动信号，将调制驱动信号进行调制后转换为调制信号进行输出，从而实现了电源调制。本发明采用一体化封装，设计单腔体多层布线集成多个元器件，其中，所述信号驱动单元与调制输出单元封装于同一个腔体之内，相对于现有的电路结构封装，大大减少了电路封装的尺寸。
Description
技术领域
本发明属于电子通讯技术领域，涉及一种基于一体化封装的电源调制器。
背景技术
电源调制器一般应用在雷达等军用电子设备中，是功率放大器电源驱动的关键元件，具有驱动能力强，体积小，使用简单等特点，因此在通信设备中应用广泛。其驱动性能直接决定了功率放大器件的性能、可靠性和安全性。
然而现有的电源调制电路通常采用分离器件搭建或使用塑封的电源调制电路，这种技术实现方式因封装尺寸大、工作温度范围窄等缺点大大限制了电路的应用场合，尤其是要求器件工作在军温的军用电子系统中。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于一体化封装的电源调制器，包括采用一体化封装的信号驱动单元与调制输出单元，其中，信号驱动单元输入端连接驱动信号，其输出端输出调制驱动信号；调制输出单元连接调制驱动信号，将调制驱动信号进行调制后转换为调制信号进行输出，从而实现了电源调制，用于解决现有技术中因电源调制封装尺寸大，限制使用场合的问题
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于一体化封装的电源调制器，该电源调制器采用一体化封装，包括信号驱动单元与调制输出单元；其中，所述信号驱动单元的输入端连接驱动信号，输出端输出调制驱动信号；所述调制输出单元连接信号驱动单元输出的调制驱动信号，将所述调制驱动信号进行调制后转换为调制信号进行输出，实现电源调制。
进一步，所述信号驱动单元与调制输出单元各自对应的驱动器和P沟场效应管封装于同一个腔体内，采用烧结方式固定于腔体底座，腔体底座采用陶瓷材料，其制造工艺为高温共烧陶瓷法，内部采用多层布线用于各部分的电连接，整个腔体使用平行缝焊进行密封。
进一步，所述信号驱动单元包括封装于腔体内的驱动器芯片和片式电阻；其中，所述驱动器芯片的输入端连接驱动信号，使能端连接使能信号，用于实现开启或关断驱动芯片的功能，输出端串联片式电阻，将调制驱动信号输出到调制输出单元的输入端。
进一步，所述调制输出单元包括P沟场效应管芯片；其中，所述P沟场效应管芯片的栅极连接调制驱动信号，源极连接电源，漏极作为输出端输出调制信号。
进一步，所述电源调制器中所选用的电子元器件满足军用使用环境，即电路芯片达到GJB597A-96中规定的B级质量等级，电阻达到普军级质量等级。
进一步，所述电阻阻值为10欧姆。
本发明的有益效果在于：本发明采用一体化封装，设计单个腔体多层布线集成各个元器件，其中，所述信号驱动单元与调制输出单元各自对应的驱动器和P沟场效应管封装于同一个腔体中，相对于现有的电路结构封装，大大减少了电路封装的尺寸。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明提供的一种基于电源调制器电路结构示意图；
图2为本发明提供的一种基于一体化封装的电源调制器电路封装结构示意图；
图3为本发明提供的一种与传统分立器件电路尺寸对比示意图；
图4为本发明正常工作时输入输出波形图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，为本发明提供一种基于电源调制器电路结构示意图；包括：
一体化封装的信号驱动单元与调制输出单元，其中，所述信号驱动单元输入端连接驱动信号，其输出端输出调制驱动信号；所述调制输出单元连接调制驱动信号，将所述调制驱动信号进行调制后转换为调制信号进行输出，从而实现了电源调制。
在本实施例中，前端驱动器和电阻组成驱动单元，接收输入的驱动信号，将其转换为调制驱动信号，输出到调制输出单元的输入端，调制输出单元将该输入信号转换为调制信号作为最终的调制信号，输出到外接的负载。
所述信号驱动单元与调制输出单元各自对应的驱动器和P沟场效应管封装于同一个腔体内。
在本实施例中，通过集成信号驱动单元与调制输出单元，设计单个腔体多层布线，采用一体化封装集成多个元器件，其中，所述信号驱动单元与调制输出单元封装于同一个腔体内，大大减小了电路的封装尺寸。
具体地，在上述电源调制器中各个电子元器件中，驱动器和P沟场效应管均选用裸芯片、电阻选用0402封装的片式元件，不仅可减少封装体积，同时，所选用电子元器件能够满足军用使用环境，即满足军温使用范围-55℃～125℃的要求，扩大了电源调制器的使用场景，便于推广应用。
具体地，一体化封装各个电子元器件采用高温共烧陶瓷工艺，电路的布局布线采用三层布线，其中，两个信号层、一个电源/地层，两个芯片间的信号就近布线，在减小封装尺寸的同时，也降低了长距走线带来的干扰。
相对于现有的采用分立器件搭建方案而言，在其它结构相同情况下，采用一体化封装电源调制器，电路封装体积可减小为原来的1/10；与塑料封装电源调制器方案比较而言，在其它结构相同情况下，基于一体化封装电源调制器提高了电路工作温度范围，可达到-55℃～125℃的军温使用要求。
如图2所示，为本发明提供的一种基于一体化封装的电源调制器电路封装结构示意图，详述如下：
本发明中一体化封装为单腔体设计，其中包含两个元器件芯片和一个贴片电阻。
具体地，所述信号驱动单元包括腔体中的驱动器IC1和电阻R，其中，所述驱动器IC1的输入端接收输入的驱动信号，使能端接收输入的使能控制信号，用于控制驱动器的开启和关断，输出端与电阻R相连，所述电阻R的另一端输出调制驱动信号，作为调制输出单元的输入。所述调制输出单元包括一个P沟场效应管IC2，所述P沟场效应管芯片的栅极连接调制驱动信号，源极连接电源，漏极作为输出端输出调制信号。
在本实施例中，电源调制器器的电路工作在27.5～28.5V电源电压，本申请中的电源电压优选为28V，传输的最高速率为800Kbps。信号驱动单元的输入端连接的驱动信号IN为TTL信号，要求其驱动能力大于等于2mA，使能端EN高电平范围为2.4～5.0V，低电平范围为0～0.8V，其工作状态为低电平开启，高电平关断。调制输出单元的输出为漏极输出，在使用中必须要接负载，最高峰值负载电流为5A，调制输出信号上升/下降时间为15～30ns，输入驱动信号到输出调制信号延迟时间为100～140ns。
作为本发明的优选实施例，所述电源VCC的电压为28V，驱动信号IN低电平为0～0.8V，其高电平为2.0～5.0V，使能信号EN接地GND，调制输出信号OUT接等效电阻为5Ω的负载，并且并联一个1000pF的电容，用于优化输出波形。此外，为电源调制器电源提供适当的旁路电容，建议100μF和0.1μF，保证电源调制器的正常工作。
另外，一体化封装的电源调制器中信号驱动单元与调制输出单元的工作原理如下：
在使能信号EN输入为低电平时，驱动器处于开启状态，此时，当驱动信号IN为低电平时，驱动器IC1输出高电平，该电平通过电阻R输入到P沟场效应管IC2的栅极，此时P沟场效应管IC2处于截止状态，漏极输出低电平到负载；当驱动信号IN为高电平时，驱动器IC1输出低电平，该电平通过电阻R输入到P沟场效应管IC2的栅极，此时P沟场效应管IC2处于导通状态，漏极输出高电平到负载。在使能信号EN输入为高电平时，驱动器处于关断状态，电路不工作。
上述包含信号驱动单元与调制输出单元的电源调制器，分别生成对应的驱动单元与电源调制单元，独立输入或独立输出，在电源调制器输出的电特性相同的情况下，与传统分立器件搭建方案相比，电路封装体积可以缩小为原来的1/10。
如图3所示，为本发明提供的一种与传统分立器件体积对比示意图，详述如下：
本发明中电源调制器通过单腔体多层布线的一体化陶瓷封装以及多芯片集成技术实现二次混合集成，如图3所示，右侧的附图为采用传统分立的驱动器和P沟场效应管电路，其对应的体积分别为10.00mm×7.62mm×9.60mm和11.74×16.20mm×3.55mm，左侧的附图基于一体化封装电路，其对应的体积为6.00mm×6.00mm×2.10mm。两者相比而言，本发明在其它电特性参数保持不变的前提下，使得电源调制器的封装体积缩小为原来的1/10。
如图4所示，为本发明工作时输入/输出的信号波形图，详述如下：
图4中，波形(1)为输入信号，该信号频率为100kHz的方波，信号电平为0～3V，波形(2)为输出的波形，由右边测试数据可以看出，输出信号频率为100kHz，输出信号相对输入信号有106.8ns延迟，上升和下降时间分别为18.0ns和26.4ns，高电平为27.7V，性能满足各种使用需求，并且电路芯片达到GJB597A-96中规定的B级质量等级，在-55℃～125℃的军温条件下均能达到该水平，其环境可靠性远高于普通塑封电源调制器产品。
综上所述，本发明采用一体化封装，设计单个腔体多层布线集成各个元器件，其中，所述信号驱动单元与调制输出单元各自对应的驱动器和场效应管封装于同一个腔体内，相对于现有的电路结构封装，大大减少了电路封装的尺寸。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.基于一体化封装的电源调制器，其特征在于：该电源调制器采用一体化封装，包括信号驱动单元与调制输出单元；其中，所述信号驱动单元的输入端连接驱动信号，输出端输出调制驱动信号；所述调制输出单元连接信号驱动单元输出的调制驱动信号，将所述调制驱动信号进行调制后转换为调制信号进行输出，实现电源调制。
2.根据权利要求1所述的基于一体化封装的电源调制器，其特征在于：所述信号驱动单元与调制输出单元各自对应的驱动器和P沟场效应管封装于同一个腔体内，采用烧结方式固定于腔体底座，腔体底座采用陶瓷材料，其制造工艺为高温共烧陶瓷法，内部采用多层布线用于各部分的电连接，整个腔体使用平行缝焊进行密封。
3.根据权利要求1或2所述的基于一体化封装的电源调制器，其特征在于：所述信号驱动单元包括封装于腔体内的驱动器芯片和片式电阻；其中，所述驱动器芯片的输入端连接驱动信号，使能端连接使能信号，用于实现开启或关断驱动芯片的功能，输出端串联片式电阻，将调制驱动信号输出到调制输出单元的输入端。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于一体化封装的电源调制器，其特征在于：所述调制输出单元包括P沟场效应管芯片；其中，所述P沟场效应管芯片的栅极连接调制驱动信号，源极连接电源，漏极作为输出端输出调制信号。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于一体化封装的电源调制器，其特征在于：所述电源调制器中所选用的电子元器件满足军用使用环境，即电路芯片达到B级质量等级，电阻达到普军级质量等级。
6.根据权利要求3所述的基于一体化封装的电源调制器，其特征在于：所述电阻阻值为10欧姆。
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