CN111082773B - 一种X/Ku波段幅相控制收发芯片 - Google Patents

一种X/Ku波段幅相控制收发芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN111082773B
CN111082773B CN201911169488.XA CN201911169488A CN111082773B CN 111082773 B CN111082773 B CN 111082773B CN 201911169488 A CN201911169488 A CN 201911169488A CN 111082773 B CN111082773 B CN 111082773B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mosfet
low
level
control
throw switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911169488.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111082773A (zh
Inventor
倪大海
陈坤
尹红波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou Haike Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Yangzhou Haike Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou Haike Electronic Technology Co ltd filed Critical Yangzhou Haike Electronic Technology Co ltd
Priority to CN201911169488.XA priority Critical patent/CN111082773B/zh
Publication of CN111082773A publication Critical patent/CN111082773A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111082773B publication Critical patent/CN111082773B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种X/Ku波段幅相控制收发芯片。该芯片包括数控衰减器、第一单刀双掷开关、第一～第三低增益放大器、第一～第三数控移相器、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关、接收输入端、发射输出端和收发公共端；其中第一低增益放大器、第一数控移相器、第二低增益放大器、第二数控移相器、第三低增益放大器和第三数控移相器顺次级联，第一低增益放大器通过第一单刀双掷开关连接数控衰减器和单刀三掷开关的第二触点，第三数控移相器通过第二单刀双掷开关连接发射输出端和单刀三掷开关的第一触点；单刀三掷开关的第三触点连接50Ω到地，公共触点连接收发公共端。本发明提高了X/Ku波段的移相精度，集成度高、一致性好，整体性能指标优异。

Description

一种X/Ku波段幅相控制收发芯片
技术领域
本发明属于微波毫米波幅相控制芯片技术领域，特别是一种X/Ku波段幅相控制收发芯片。
背景技术
有源相控阵因其能够快速实现对多个目标的识别、搜索、跟踪和反馈，具有高可靠性和机动性等特点，在电子侦查以及电子对抗中应用广泛。收发(T/R)组件作为相控阵系统的基本单元，直接影响相控阵系统的性能优劣，幅相控制电路是T/R组件的核心组成部分，所以幅相控制电路的研究极其重要和关键。
为了提高相控阵系统的作战精度，传统T/R组件通常选用6位数控移相器和6位数控衰减器来实现幅相控制功能，6位数控移相器由于自身电路的拓扑结构，通常插损都较大，特别是X/Ku波段，通常会有10dB左右插损，使得T/R组件在链路设计时无法做到最优，即同时兼顾噪声系数、输出P-1以及能耗；6位数控移相器虽然可以通过合理设计移相单元的连接顺序来改善移相精度，但是级联时带来的相互影响却始终无法避免。此外，采用独立的数控移相器和数控衰减器，装配较为复杂，不利于通道间的一致性保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在X/Ku波段的移相精度高、能耗低，具有高集成度、高一致性、整体性能指标优异的幅相控制收发芯片。
实现本发明目的的技术方案为：一种X/Ku波段幅相控制收发芯片，括数控衰减器、第一单刀双掷开关、第一低增益放大器、第一数控移相器、第二低增益放大器、第二数控移相器、第三低增益放大器、第三数控移相器、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关、接收输入端、发射输出端和收发公共端；
所述的接收输入端同数控衰减器输入端连接，数控衰减器输出端同第一单刀双掷开关第一触点连接，第一单刀双掷开关公共端同第一低增益放大器输入端连接，第一低增益放大器输出端同第一数控移相器输入端连接，第一数控移相器输出端同第二低增益放大器输入端连接，第二低增益放大器输出端同第二数控移相器输入端连接，第二数控移相器输出端同第三低增益放大器输入端连接，第三低增益放大器输出端同第三数控移相器输入端连接，第三数控移相器输出端同第二单刀双掷开关公共端连接，第二单刀双掷开关第二触点同发射输出端连接，第二单刀双掷开关第一触点同单刀三掷开关第一触点连接，单刀三掷开关公共端同收发公共端连接，单刀三掷开关第二触点同第一单刀双掷开关第二触点连接，单刀三掷开关第三触点连接50Ω负载到地。
进一步地，所述的数控衰减器，有6位衰减位，按照8dB、4dB、1dB、0.5dB、2dB以及16dB顺序级联而成，每位衰减位均采用开关电阻法；其中0.5dB和1dB采用T型衰减结构，2dB、4dB和8dB采用对称的π型衰减结构，16dB采用两个8dB串联实现；
所述T型衰减结构的电路包括第一MOSFET M1和电阻R，具体如下：
第一MOSFET M1的漏极连接信号链路，源极通过电阻R连接到地，栅极连接第一控制电平Q1，当第一控制电平Q1为高电平时，信号链路并联电阻R到地，工作在衰减状态；当第一控制电平Q1为低电平时，信号链路同电阻R断开，工作在直通状态；
所述π型衰减结构的电路包括第二MOSFET M2、第三MOSFET M3、第四MOSFET M4、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，具体如下：
第二MOSFET M2的漏极连接输出端，源极连接输入端；第三MOSFET M3的漏极连接第一电阻R1的一端，源极接地；第四MOSFET M4的漏极连接第三电阻R3的一端，源极接地；第二电阻R2的一端连接第一电阻R1的另一端以及输入端，另一端连接第三电阻R3的另一端以及输出端，其中，第二电阻R2同第三电阻R3阻值相等；
第二MOSFET M2的栅极连接第二控制电平Q2，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4的栅极连接第三控制电平第二控制电平Q2和第三控制电平/>互为反相电平；当第二控制电平Q2为高电平时，第三控制电平/>为低电平，第二MOSFET M2导通，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4关断，输入和输出端直通；当第二控制电平Q2为低电平时，第三控制电平/>为高电平，第二MOSFET M2关断，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4导通，第一电阻R1、第三电阻R3连接到地，同第二电阻R2组成π型衰减网络，工作在衰减状态。
进一步地，所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关以及单刀三掷开关，均采用单级MOSFET实现对射频信号的通断控制；当芯片待机时，单刀三掷开关连接50Ω负载到地；
所述单刀双掷开关的电路包括第五MOSFET M5和第六MOSFET M6，具体如下：
第五MOSFET M5的漏极、第六MOSFET M6的漏极同公共触点连接，第五MOSFET M5的源极连接第二触点，第六MOSFET M6的源极连接第一触点；第五MOSFET M5的栅极控制电压为V1，第六MOSFET M6的栅极控制电压为V2，V1和V2互为反相控制电平；V1为高电平，V2为低电平时，公共触点连接第二触点；V1为低电平，V2为高电平时，公共触点连接第一触点；
所述单刀三掷开关的电路包括第七MOSFET M7、第八MOSFET M8和第九MOSFET M9，具体如下：
第七MOSFET M7的漏极、第八MOSFET M8的漏极以及第九MOSFET M9的漏极同公共触点连接，第七MOSFET M7的源极连接第二触点，第八MOSFET M8的源极连接第一触点，第九MOSFET M9的源极连接第三触点；第七MOSFET M7的栅极控制电压为V1，第八MOSFET M8的栅极控制电压为V2，第九MOSFET M9的栅极控制电压为V3，V1和V2互为反相控制电平，V3为芯片待机信号；V1为高电平时，V2和V3同为低电平，公共触点连接第二触点；V2为高电平时，V1和V3同为低电平，公共触点连接第一触点；V3为高电平时，芯片待机，V1和V2同为低电平，公共触点连接第三触点。
进一步地，所述第一低增益放大器和第二低增益放大器，均采用单级源反馈电感匹配结构，选取的GaAs HEMT总栅宽为6×50um；具体为：第一pHEMT管D1的源极串联电阻Rs和电感Ls到地，栅极作为输入端，漏极作为输出端。
进一步地，所述第三低增益放大器，采用单级电阻、电容负反馈结构，总栅宽为4×50um；具体为：第二pHEMT管D2的源极接地，栅极串联电阻RFB、电容CFB到源极，栅极作为输入端，漏极作为输出端。
进一步地，所述第一数控移相器、第二数控移相器和第三数控移相器，选用高/低通滤波器型拓扑结构，减少移相时附加幅度变化；第一数控移相器由45°和11.25°组成，第二数控移相器由22.5°和5.625°组成，第三数控移相器由90°和180°组成；其中，5.625°移相位选用并联电感型结构；11.25°、22.5°和45°选用T型低通结构；90°和180°选用π/T混合型高低通结构；第一数控移相器、第二数控移相器以及第三移相器共同组成了6位数控移相器，实现5.625°-360°移相范围；
所述并联电感型结构的电路包括第十MOSFET M10和第一电感L1，具体如下：
第十MOSFET M10的漏极和源极同第一电感L1并联，漏极连接输入端，源极连接输出端，栅极连接第四控制电平Q3；当第四控制电平Q3为高电平时，第十MOSFET M10导通，输入和输出端直通；当第四控制电平Q3为低电平时，第十MOSFET M10关断，工作在低通滤波器状态，相位滞后；
所述π/T混合型高低通结构的电路包括第十一MOSFET M11、第十二MOSFET M12、第十三MOSFET M13、第十四MOSFET M14、第十五MOSFET M15、第十六MOSFET M16、第十七MOSFET M17、第十八MOSFET M18、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第二电感L2和第三电感L3，具体如下：
第十二MOSFET M12的漏极和第十三MOSFET M13的漏极相连，并作为输入端；第十一MOSFET M11的漏极连接第十二MOSFET M12的源极，源极接地；第十四MOSFET M14的漏极连接第十三MOSFET M13的源极，源极接地；第十六MOSFET M16的漏极和第十七MOSFET M17的漏极相连，并作为输出端；第十五MOSFET M15的漏极连接第十六MOSFET M16的源极，源极接地；第十八MOSFET M18的漏极连接第十七MOSFET M17的源极，源极接地；第一电容C1、第二电容C2以及第二电感L2组成π型低通网络，并同第十二MOSFET M12的漏极和第十三MOSFET M13的漏极串联；第三电容C3、第四电容C4以及第三电感L3组成T型高通网络，并同第十六MOSFET M16的漏极和第十七MOSFET M17的漏极串联；
第五控制电平Q4连接第十一MOSFET M11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17的栅极，第六控制电平连接第十二MOSFET M12、第十四MOSFETM14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18的栅极，第五控制电平Q4和第六控制电平/>互为反相电平；第五控制电平Q4为高电平，第六控制电平/>为低电平时，第十一MOSFETM11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17导通，第十二MOSFET M12、第十四MOSFET M14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18关断，输入输出端形成T型高通网络，相位超前；第五控制电平Q4为低电平，第六控制电平/>为高电平时，第十一MOSFETM11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17关断，第十二MOSFET M12、第十四MOSFET M14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18导通，输入输出端形成π型低通网络，相位滞后；
所述T型低通结构的电路包括第十九MOSFET M19、第二十MOSFET M20、第二十一MOSFET M21、第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6，具体如下：
第十九MOSFET M19源极连接第四电感L4的一端，作为输入端；第十九MOSFET M19漏极连接第五电感L5的一端，作为输出端；第二十MOSFET M20漏极连接第四电感L4另一端和第五电感L5另一端，源极连接第二十一MOSFET M21漏极；第二十一MOSFET M21漏极、源极同第六电感L6并联，源极连接到地；
第七控制电平Q5作为控制电平连接第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20栅极，第八控制电平作为控制电平连接第二十一MOSFET M21栅极，第七控制电平Q5和第八控制电平/>互为反相电平；第七控制电平Q5为高电平，第八控制电平/>为低电平时，第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20导通，第二十一MOSFET M21关断，输入输出端直通；第七控制电平Q5为低电平，第八控制电平/>为高电平时，第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20导通，第二十一MOSFET M21关断，第四电感L4、第五电感L5和第二十MOSFET M20关断电容形成T型低通网络，相位滞后。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)在X/Ku波段，通过合理地将高插损的数控移相器分成3级后，用两级低增益放大器隔离放置，减小了移相位之间的相互干扰，从而优化了移相精度；(2)降低了芯片噪声系数，降低了相同输出能力情况下的能耗；(3)通过将多种功能的芯片集成，简化了T/R组件批产时的工作量，提高了组件的可靠性和一致性。
附图说明
图1为本发明中一种X/Ku波段幅相控制收发芯片的电路结构示意图。
图2为本发明中数控衰减器的电路结构示意图。
图3为本发明中衰减位的拓扑结构示意图，其中(a)为简单T衰减的拓扑结构示意图，(b)为简单π型衰减的拓扑结构示意图。
图4为本发明中开关电路结构示意图，其中(a)为单刀双掷开关的结构示意图，(b)为单刀三掷开关的结构示意图。
图5为本发明中低增益放大器的电路结构示意图，其中(a)为单级源反馈电感匹配结构的电路结构示意图，(b)为单级阻容负反馈结构的电路结构示意图。
图6为本发明中移相位的电路结构示意图，其中(a)为并联电感型结构的电路结构示意图，(b)为π/T混合型高低通结构的电路结构示意图，(c)为T型低通结构的电路结构示意图。
具体实施方式
本发明X/Ku波段幅相控制收发芯片，括数控衰减器、第一单刀双掷开关、第一低增益放大器、第一数控移相器、第二低增益放大器、第二数控移相器、第三低增益放大器、第三数控移相器、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关、接收输入端、发射输出端和收发公共端；
所述的接收输入端同数控衰减器输入端连接，数控衰减器输出端同第一单刀双掷开关第一触点连接，第一单刀双掷开关公共端同第一低增益放大器输入端连接，第一低增益放大器输出端同第一数控移相器输入端连接，第一数控移相器输出端同第二低增益放大器输入端连接，第二低增益放大器输出端同第二数控移相器输入端连接，第二数控移相器输出端同第三低增益放大器输入端连接，第三低增益放大器输出端同第三数控移相器输入端连接，第三数控移相器输出端同第二单刀双掷开关公共端连接，第二单刀双掷开关第二触点同发射输出端连接，第二单刀双掷开关第一触点同单刀三掷开关第一触点连接，单刀三掷开关公共端同收发公共端连接，单刀三掷开关第二触点同第一单刀双掷开关第二触点连接，单刀三掷开关第三触点连接50Ω负载到地。
进一步地，所述的数控衰减器，有6位衰减位，按照8dB、4dB、1dB、0.5dB、2dB以及16dB顺序级联而成，每位衰减位均采用开关电阻法；其中0.5dB和1dB采用T型衰减结构，2dB、4dB和8dB采用对称的π型衰减结构，16dB采用两个8dB串联实现；
所述T型衰减结构的电路包括第一MOSFET M1和电阻R，具体如下：
第一MOSFET M1的漏极连接信号链路，源极通过电阻R连接到地，栅极连接第一控制电平Q1，当第一控制电平Q1为高电平时，信号链路并联电阻R到地，工作在衰减状态；当第一控制电平Q1为低电平时，信号链路同电阻R断开，工作在直通状态；
所述π型衰减结构的电路包括第二MOSFET M2、第三MOSFET M3、第四MOSFET M4、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，具体如下：
第二MOSFET M2的漏极连接输出端，源极连接输入端；第三MOSFET M3的漏极连接第一电阻R1的一端，源极接地；第四MOSFET M4的漏极连接第三电阻R3的一端，源极接地；第二电阻R2的一端连接第一电阻R1的另一端以及输入端，另一端连接第三电阻R3的另一端以及输出端，其中，第二电阻R2同第三电阻R3阻值相等；
第二MOSFET M2的栅极连接第二控制电平Q2，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4的栅极连接第三控制电平第二控制电平Q2和第三控制电平/>互为反相电平；当第二控制电平Q2为高电平时，第三控制电平/>为低电平，第二MOSFET M2导通，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4关断，输入和输出端直通；当第二控制电平Q2为低电平时，第三控制电平/>为高电平，第二MOSFET M2关断，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4导通，第一电阻R1、第三电阻R3连接到地，同第二电阻R2组成π型衰减网络，工作在衰减状态。
进一步地，所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关以及单刀三掷开关，均采用单级MOSFET实现对射频信号的通断控制；当芯片待机时，单刀三掷开关连接50Ω负载到地；
所述单刀双掷开关的电路包括第五MOSFET M5和第六MOSFET M6，具体如下：
第五MOSFET M5的漏极、第六MOSFET M6的漏极同公共触点连接，第五MOSFET M5的源极连接第二触点，第六MOSFET M6的源极连接第一触点；第五MOSFET M5的栅极控制电压为V1，第六MOSFET M6的栅极控制电压为V2，V1和V2互为反相控制电平；V1为高电平，V2为低电平时，公共触点连接第二触点；V1为低电平，V2为高电平时，公共触点连接第一触点；
所述单刀三掷开关的电路包括第七MOSFET M7、第八MOSFET M8和第九MOSFET M9，具体如下：
第七MOSFET M7的漏极、第八MOSFET M8的漏极以及第九MOSFET M9的漏极同公共触点连接，第七MOSFET M7的源极连接第二触点，第八MOSFET M8的源极连接第一触点，第九MOSFET M9的源极连接第三触点；第七MOSFET M7的栅极控制电压为V1，第八MOSFET M8的栅极控制电压为V2，第九MOSFET M9的栅极控制电压为V3，V1和V2互为反相控制电平，V3为芯片待机信号；V1为高电平时，V2和V3同为低电平，公共触点连接第二触点；V2为高电平时，V1和V3同为低电平，公共触点连接第一触点；V3为高电平时，芯片待机，V1和V2同为低电平，公共触点连接第三触点。
进一步地，所述第一低增益放大器和第二低增益放大器，均采用单级源反馈电感匹配结构，选取的GaAs HEMT总栅宽为6×50um；具体为：第一pHEMT管D1的源极串联电阻Rs和电感Ls到地，栅极作为输入端，漏极作为输出端。
进一步地，所述第三低增益放大器，采用单级电阻、电容负反馈结构，总栅宽为4×50um；具体为：第二pHEMT管D2的源极接地，栅极串联电阻RFB、电容CFB到源极，栅极作为输入端，漏极作为输出端。
进一步地，所述第一数控移相器、第二数控移相器和第三数控移相器，选用高/低通滤波器型拓扑结构，减少移相时附加幅度变化；第一数控移相器由45°和11.25°组成，第二数控移相器由22.5°和5.625°组成，第三数控移相器由90°和180°组成；其中，5.625°移相位选用并联电感型结构；11.25°、22.5°和45°选用T型低通结构；90°和180°选用π/T混合型高低通结构；第一数控移相器、第二数控移相器以及第三移相器共同组成了6位数控移相器，实现5.625°-360°移相范围；
所述并联电感型结构的电路包括第十MOSFET M10和第一电感L1，具体如下：
第十MOSFET M10的漏极和源极同第一电感L1并联，漏极连接输入端，源极连接输出端，栅极连接第四控制电平Q3；当第四控制电平Q3为高电平时，第十MOSFET M10导通，输入和输出端直通；当第四控制电平Q3为低电平时，第十MOSFET M10关断，工作在低通滤波器状态，相位滞后；
所述π/T混合型高低通结构的电路包括第十一MOSFET M11、第十二MOSFET M12、第十三MOSFET M13、第十四MOSFET M14、第十五MOSFET M15、第十六MOSFET M16、第十七MOSFET M17、第十八MOSFET M18、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第二电感L2和第三电感L3，具体如下：
第十二MOSFET M12的漏极和第十三MOSFET M13的漏极相连，并作为输入端；第十一MOSFET M11的漏极连接第十二MOSFET M12的源极，源极接地；第十四MOSFET M14的漏极连接第十三MOSFET M13的源极，源极接地；第十六MOSFET M16的漏极和第十七MOSFET M17的漏极相连，并作为输出端；第十五MOSFET M15的漏极连接第十六MOSFET M16的源极，源极接地；第十八MOSFET M18的漏极连接第十七MOSFET M17的源极，源极接地；第一电容C1、第二电容C2以及第二电感L2组成π型低通网络，并同第十二MOSFET M12的漏极和第十三MOSFET M13的漏极串联；第三电容C3、第四电容C4以及第三电感L3组成T型高通网络，并同第十六MOSFET M16的漏极和第十七MOSFET M17的漏极串联；
第五控制电平Q4连接第十一MOSFET M11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17的栅极，第六控制电平连接第十二MOSFET M12、第十四MOSFETM14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18的栅极，第五控制电平Q4和第六控制电平/>互为反相电平；第五控制电平Q4为高电平，第六控制电平/>为低电平时，第十一MOSFETM11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17导通，第十二MOSFET M12、第十四MOSFET M14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18关断，输入输出端形成T型高通网络，相位超前；第五控制电平Q4为低电平，第六控制电平/>为高电平时，第十一MOSFETM11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17关断，第十二MOSFET M12、第十四MOSFET M14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18导通，输入输出端形成π型低通网络，相位滞后；
所述T型低通结构的电路包括第十九MOSFET M19、第二十MOSFET M20、第二十一MOSFET M21、第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6，具体如下：
第十九MOSFET M19源极连接第四电感L4的一端，作为输入端；第十九MOSFET M19漏极连接第五电感L5的一端，作为输出端；第二十MOSFET M20漏极连接第四电感L4另一端和第五电感L5另一端，源极连接第二十一MOSFET M21漏极；第二十一MOSFET M21漏极、源极同第六电感L6并联，源极连接到地；
第七控制电平Q5作为控制电平连接第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20栅极，第八控制电平作为控制电平连接第二十一MOSFET M21栅极，第七控制电平Q5和第八控制电平/>互为反相电平；第七控制电平Q5为高电平，第八控制电平/>为低电平时，第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20导通，第二十一MOSFET M21关断，输入输出端直通；第七控制电平Q5为低电平，第八控制电平/>为高电平时，第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20导通，第二十一MOSFET M21关断，第四电感L4、第五电感L5和第二十MOSFET M20关断电容形成T型低通网络，相位滞后。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种X/Ku波段幅相控制收发芯片，采用GaAs pHEMT工艺，包括数控衰减器、第一单刀双掷开关、第一低增益放大器、第一移相器、第二低增益放大器、第二移相器、第三低增益放大器、第三移相器、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关、接收输入端、发射输出端和收发公共端。
所述的接收输入端同数控衰减器输入端连接，数控衰减器输出端同第一单刀双掷开关第一触点连接，第一单刀双掷开关公共端同第一低增益放大器输入端连接，第一低增益放大器输出端同第一数控移相器输入端连接，第一数控移相器输出端同第二低增益放大器输入端连接，第二低增益放大器输出端同第二数控移相器输入端连接，第二数控移相器输出端同第三低增益放大器输入端连接，第三低增益放大器输出端同第三数控移相器输入端连接，第三数控移相器输出端同第二单刀双掷开关公共端连接，第二单刀双掷开关第二触点同发射输出端连接，第二单刀双掷开关第一触点同单刀三掷开关第一触点连接，单刀三掷开关公共端同收发公共端连接，单刀三掷开关第二触点同第一单刀双掷开关第二触点连接，单刀三掷开关第三触点连接50Ω负载到地。
进一步地，所述的数控衰减器由6个衰减位组成，步进0.5dB，均采用开关电阻法；如图2所示，6个衰减位按照8dB、4dB、1dB、0.5dB、2dB以及16dB的顺序级联而成，其中0.5dB和1dB定义为小衰减量衰减位，其它衰减位定义为大衰减量衰减位；如图3所示，为了减小工艺波动性和温度变化带来的影响，衰减位均采用对称的T型或者π型结构，再配合开关选择来实现数控的功能，可以同时减小衰减时的附加相移；其中小衰减位选用图3(a)的简化T型衰减结构，当第一控制电平Q1为高电平时，工作在衰减状态；当第一控制电平Q1为低电平时，工作在直通状态；2dB、4dB以及8dB选用图3(b)的π型衰减结构，当第二控制电平Q2为高电平时，工作在直通状态；当第二控制电平Q2为低电平时，工作在衰减状态；16dB选用两个8dB串联实现；由于小衰减量结构简单，且衰减量小，阻抗适配能力相对较弱，所以通常置于中间。
进一步地，所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关以及单刀三掷开关，均采用N沟道MOSFET的串联，实现对信号的通断控制。结合图4(a)，单刀双掷开关是一个三端口器件，分别为公共触点、第一触点以及第二触点；V1和V2是互为反相的控制电平，V1为高电平时，V2为低电平，公共触点连接第二触点；V1为低电平时，V2为高电平，公共触点连接第一触点。结合图4(b)，单刀三掷开关是一个四端口器件，分别为公共触点、第一触点、第二触点以及第三端点；V3对应芯片的待机信号；V3为高电平时，芯片待机，V1和V2同为低电平，公共触点连接第三触点。
进一步地，所述第一低增益放大器和第二低增益放大器均采用单级源反馈电感匹配结构，选取的GaAs HEMT总栅宽为6×50um，第三低增益放大器采用单级电阻、电容串联负反馈结构，选用的GaAs HEMT总栅宽为4×50um。结合图5(a)，单级源反馈电感匹配结构，通过在源极串联电感，引入负反馈，使得晶体管的最佳噪声系数匹配和最佳输入驻波匹配接近。结合图5(b)，单级阻容负反馈结构，通过在栅极和漏极之间并联电阻、电感，引入负反馈，使得晶体管的输入输出匹配得到改善，同时提高了晶体管的线性度。
进一步地，所述第一数控移相器、第二数控移相器以及第三数控移相器为了能实现在X/Ku波段较为平坦的相位频率响应以及较小的移相附加幅度变化，选用高/低通滤波器型拓扑结构；第一数控移相器由45°和11.25°组成，第二数控移相器由22.5°和5.625°组成，第三数控移相器由90°和180°组成。结合图6(a)，并联电感型结构，当第四控制电平Q3为高电平时，工作在直通状态；当第四控制电平Q3为低电平时，工作在低通滤波器状态，相位滞后；该结构插损小，适合小的相位量。结合图6(b)，π/T混合型高低通结构，当第五控制电平Q4为高电平时，工作在高通滤波器状态，相位超前；当第五控制电平Q4为低电平时，工作在低通状态，相位滞后；该结构插损较大，适用大的相位量。结合图6(c)，T型低通结构，当第七控制电平Q5为高电平时，工作在直通状态；当第七控制电平Q5为低电平时，工作在低通状态，相位滞后；该结构插损适中，适用中等相位量。5.625°移相位选用并联电感型结构；11.25°、22.5°和45°选用T型低通结构；90°和180°选用π/T混合型高低通结构。第一数控移相器、第二数控移相器以及第三移相器共同组成了6位数控移相器，实现5.625°-360°移相范围。
本发明提供的一种改进型X/Ku波段幅相控制收发芯片，最大噪声系数不超过9.6dB；收发增益不小于5dB，增益波动不大于3dB；数控衰减精度不超过±1dB，附加相位变化不超过±6°；数控移相精度不大于4.5°，附加幅度变化不超过0.7dB；最大接收输入1dB功率不低于4dBm，+5V工作电流不超过95mA；最终芯片面积为4mm×4.6mm。该芯片将6位数控移相器分成3级后，通过两级低增益放大器隔离放置，优化了在X/Ku波段的移相精度以及整个芯片的能耗；具有很高集成度和一致性，适用于大批量T/R组件的生产。

Claims (3)

1.一种X/Ku波段幅相控制收发芯片，其特征在于，包括数控衰减器、第一单刀双掷开关、第一低增益放大器、第一数控移相器、第二低增益放大器、第二数控移相器、第三低增益放大器、第三数控移相器、第二单刀双掷开关、单刀三掷开关、接收输入端、发射输出端和收发公共端；
所述的接收输入端同数控衰减器输入端连接，数控衰减器输出端同第一单刀双掷开关第一触点连接，第一单刀双掷开关公共端同第一低增益放大器输入端连接，第一低增益放大器输出端同第一数控移相器输入端连接，第一数控移相器输出端同第二低增益放大器输入端连接，第二低增益放大器输出端同第二数控移相器输入端连接，第二数控移相器输出端同第三低增益放大器输入端连接，第三低增益放大器输出端同第三数控移相器输入端连接，第三数控移相器输出端同第二单刀双掷开关公共端连接，第二单刀双掷开关第二触点同发射输出端连接，第二单刀双掷开关第一触点同单刀三掷开关第一触点连接，单刀三掷开关公共端同收发公共端连接，单刀三掷开关第二触点同第一单刀双掷开关第二触点连接，单刀三掷开关第三触点连接50Ω负载到地；
所述的数控衰减器，有6位衰减位，按照8dB、4dB、1dB、0.5dB、2dB以及16dB顺序级联而成，每位衰减位均采用开关电阻法；其中0.5dB和1dB采用T型衰减结构，2dB、4dB和8dB采用对称的π型衰减结构，16dB采用两个8dB串联实现；
所述T型衰减结构的电路包括第一MOSFET M1和电阻R，具体如下：
第一MOSFET M1的漏极连接信号链路，源极通过电阻R连接到地，栅极连接第一控制电平Q1，当第一控制电平Q1为高电平时，信号链路并联电阻R到地，工作在衰减状态；当第一控制电平Q1为低电平时，信号链路同电阻R断开，工作在直通状态；
所述π型衰减结构的电路包括第二MOSFET M2、第三MOSFET M3、第四MOSFET M4、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，具体如下：
第二MOSFET M2的漏极连接输出端，源极连接输入端；第三MOSFET M3的漏极连接第一电阻R1的一端，源极接地；第四MOSFET M4的漏极连接第三电阻R3的一端，源极接地；第二电阻R2的一端连接第一电阻R1的另一端以及输入端，另一端连接第三电阻R3的另一端以及输出端，其中，第二电阻R2同第三电阻R3阻值相等；
第二MOSFET M2的栅极连接第二控制电平Q2，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4的栅极连接第三控制电平，第二控制电平Q2和第三控制电平/>互为反相电平；当第二控制电平Q2为高电平时，第三控制电平/>为低电平，第二MOSFET M2导通，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4关断，输入和输出端直通；当第二控制电平Q2为低电平时，第三控制电平/>为高电平，第二MOSFET M2关断，第三MOSFET M3和第四MOSFET M4导通，第一电阻R1、第三电阻R3连接到地，同第二电阻R2组成π型衰减网络，工作在衰减状态；
所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关以及单刀三掷开关，均采用单级MOSFET实现对射频信号的通断控制；当芯片待机时，单刀三掷开关连接50Ω负载到地；
所述单刀双掷开关的电路包括第五MOSFET M5和第六MOSFET M6，具体如下：
第五MOSFET M5的漏极、第六MOSFET M6的漏极同公共触点连接，第五MOSFET M5的源极连接第二触点，第六MOSFET M6的源极连接第一触点；第五MOSFET M5的栅极控制电压为V1，第六MOSFET M6的栅极控制电压为V2，V1和V2互为反相控制电平；V1为高电平，V2为低电平时，公共触点连接第二触点；V1为低电平，V2为高电平时，公共触点连接第一触点；
所述单刀三掷开关的电路包括第七MOSFET M7、第八MOSFET M8和第九MOSFET M9，具体如下：
第七MOSFET M7的漏极、第八MOSFET M8的漏极以及第九MOSFET M9的漏极同公共触点连接，第七MOSFET M7的源极连接第二触点，第八MOSFET M8的源极连接第一触点，第九MOSFET M9的源极连接第三触点；第七MOSFET M7的栅极控制电压为V1，第八MOSFET M8的栅极控制电压为V2，第九MOSFET M9的栅极控制电压为V3，V1和V2互为反相控制电平，V3为芯片待机信号；V1为高电平时，V2和V3同为低电平，公共触点连接第二触点；V2为高电平时，V1和V3同为低电平，公共触点连接第一触点；V3为高电平时，芯片待机，V1和V2同为低电平，公共触点连接第三触点；
所述第一数控移相器、第二数控移相器和第三数控移相器，选用高/低通滤波器型拓扑结构，减少移相时附加幅度变化；第一数控移相器由45°和11.25°组成，第二数控移相器由22.5°和5.625°组成，第三数控移相器由90°和180°组成；其中，5.625°移相位选用并联电感型结构；11.25°、22.5°和45°选用T型低通结构；90°和180°选用π/T混合型高低通结构；第一数控移相器、第二数控移相器以及第三移相器共同组成了6位数控移相器，实现5.625°-360°移相范围；
所述并联电感型结构的电路包括第十MOSFET M10和第一电感L1，具体如下：
第十MOSFET M10的漏极和源极同第一电感L1并联，漏极连接输入端，源极连接输出端，栅极连接第四控制电平Q3；当第四控制电平Q3为高电平时，第十MOSFET M10导通，输入和输出端直通；当第四控制电平Q3为低电平时，第十MOSFET M10关断，工作在低通滤波器状态，相位滞后；
所述π/T混合型高低通结构的电路包括第十一MOSFET M11、第十二MOSFET M12、第十三MOSFET M13、第十四MOSFET M14、第十五MOSFET M15、第十六MOSFET M16、第十七MOSFETM17、第十八MOSFET M18、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第二电感L2和第三电感L3，具体如下：
第十二MOSFET M12的漏极和第十三MOSFET M13的漏极相连，并作为输入端；第十一MOSFET M11的漏极连接第十二MOSFET M12的源极，源极接地；第十四MOSFET M14的漏极连接第十三MOSFET M13的源极，源极接地；第十六MOSFET M16的漏极和第十七MOSFET M17的漏极相连，并作为输出端；第十五MOSFET M15的漏极连接第十六MOSFET M16的源极，源极接地；第十八MOSFET M18的漏极连接第十七MOSFET M17的源极，源极接地；第一电容C1、第二电容C2以及第二电感L2组成π型低通网络，并同第十二MOSFET M12的漏极和第十三MOSFETM13的漏极串联；第三电容C3、第四电容C4以及第三电感L3组成T型高通网络，并同第十六MOSFET M16的漏极和第十七MOSFET M17的漏极串联；
第五控制电平Q4连接第十一MOSFET M11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17的栅极，第六控制电平连接第十二MOSFET M12、第十四MOSFET M14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18的栅极，第五控制电平Q4和第六控制电平/>互为反相电平；第五控制电平Q4为高电平，第六控制电平/>为低电平时，第十一MOSFET M11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17导通，第十二MOSFET M12、第十四MOSFET M14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18关断，输入输出端形成T型高通网络，相位超前；第五控制电平Q4为低电平，第六控制电平/>为高电平时，第十一MOSFET M11、第十三MOSFET M13、第十五MOSFET M15和第十七MOSFET M17关断，第十二MOSFET M12、第十四MOSFET M14、第十六MOSFET M16和第十八MOSFET M18导通，输入输出端形成π型低通网络，相位滞后；
所述T型低通结构的电路包括第十九MOSFET M19、第二十MOSFET M20、第二十一MOSFETM21、第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6，具体如下：
第十九MOSFET M19源极连接第四电感L4的一端，作为输入端；第十九MOSFET M19漏极连接第五电感L5的一端，作为输出端；第二十MOSFET M20漏极连接第四电感L4另一端和第五电感L5另一端，源极连接第二十一MOSFET M21漏极；第二十一MOSFET M21漏极、源极同第六电感L6并联，源极连接到地；
第七控制电平Q5作为控制电平连接第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20栅极， 第八控制电平作为控制电平连接第二十一MOSFET M21栅极，第七控制电平Q5和第八控制电平/>互为反相电平；第七控制电平Q5为高电平，第八控制电平/>为低电平时，第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20导通，第二十一MOSFET M21关断，输入输出端直通；第七控制电平Q5为低电平，第八控制电平/>为高电平时，第十九MOSFET M19和第二十MOSFET M20导通，第二十一MOSFET M21关断，第四电感L4、第五电感L5和第二十MOSFET M20关断电容形成T型低通网络，相位滞后。
2.根据权利要求1所述的X/Ku波段幅相控制收发芯片，其特征在于，所述第一低增益放大器和第二低增益放大器，均采用单级源反馈电感匹配结构，选取的GaAs HEMT总栅宽为6×50um；具体为：第一pHEMT管D1的源极串联电阻Rs和电感Ls到地，栅极作为输入端，漏极作为输出端。
3.根据权利要求1所述的X/Ku波段幅相控制收发芯片，其特征在于，所述第三低增益放大器，采用单级电阻、电容负反馈结构，总栅宽为4×50um；具体为：第二pHEMT管D2的源极接地，栅极串联电阻RFB、电容CFB到源极，栅极作为输入端，漏极作为输出端。
CN201911169488.XA 2019-11-26 2019-11-26 一种X/Ku波段幅相控制收发芯片 Active CN111082773B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911169488.XA CN111082773B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种X/Ku波段幅相控制收发芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911169488.XA CN111082773B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种X/Ku波段幅相控制收发芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111082773A CN111082773A (zh) 2020-04-28
CN111082773B true CN111082773B (zh) 2024-02-13

Family

ID=70311618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911169488.XA Active CN111082773B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种X/Ku波段幅相控制收发芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111082773B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112994733B (zh) * 2021-05-11 2021-08-20 上海安其威微电子科技有限公司 一种基本收发单元及收发芯片
CN116519626B (zh) * 2023-06-25 2023-09-19 中国工程物理研究院流体物理研究所 用于太赫兹光谱和成像测量系统的信号检测电路及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001145070A (ja) * 1999-09-01 2001-05-25 Maspro Denkoh Corp ケーブルモデム
KR101041853B1 (ko) * 2010-10-28 2011-06-15 엘아이지넥스원 주식회사 송수신기
CN207354264U (zh) * 2017-08-18 2018-05-11 南京誉葆科技有限公司 一种x波段tr组件
CN109239673A (zh) * 2018-09-29 2019-01-18 扬州海科电子科技有限公司 一种6-18GHz的幅相控制多功能芯片
CN109687839A (zh) * 2018-12-17 2019-04-26 中国电子科技集团公司第五十五研究所 有源无源混合型微波移相器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001145070A (ja) * 1999-09-01 2001-05-25 Maspro Denkoh Corp ケーブルモデム
KR101041853B1 (ko) * 2010-10-28 2011-06-15 엘아이지넥스원 주식회사 송수신기
CN207354264U (zh) * 2017-08-18 2018-05-11 南京誉葆科技有限公司 一种x波段tr组件
CN109239673A (zh) * 2018-09-29 2019-01-18 扬州海科电子科技有限公司 一种6-18GHz的幅相控制多功能芯片
CN109687839A (zh) * 2018-12-17 2019-04-26 中国电子科技集团公司第五十五研究所 有源无源混合型微波移相器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111082773A (zh) 2020-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111130503B (zh) 一种低相差数控射频衰减器
CN110380708B (zh) 一种超宽带幅相补偿数字开关衰减器电路
CN109239673A (zh) 一种6-18GHz的幅相控制多功能芯片
CN109412554B (zh) 一种宽带高精度数控有源衰减器
CN111082765B (zh) 一种超宽带两位移相器
CN209514043U (zh) 一种6-18GHz的幅相控制多功能芯片
CN112543006B (zh) 一种超宽带可重构功率放大器单片微波集成电路
CN111082773B (zh) 一种X/Ku波段幅相控制收发芯片
CN112688651B (zh) 具有高谐波抑制单刀多掷开关
CN210640864U (zh) 一种cmos毫米波串联非对称单刀双掷开关
CN113114162A (zh) 一种用于cmos宽带幅相多功能芯片的衰减器电路
CN110943729A (zh) 一种cmos毫米波串联非对称单刀双掷开关
CN113472334B (zh) 一种基于无源环结构的非对称单刀双掷开关
CN112350686B (zh) 一种基于电感补偿的差分数控衰减器
CN212210954U (zh) 一种高稳定性功率放大集成电路
CN113098403A (zh) 基于GaAs pHEMT工艺的超宽带低电流驱动放大器
CN210007681U (zh) 一种数字移相器
CN112305507A (zh) 一种使用氮化镓功率放大器的雷达收发组件
CN113541718B (zh) 四通道多功能芯片
CN114499454A (zh) 一种结构新颖的硅基毫米波差分反射型移相器
CN214177287U (zh) 一种具有高功率处理能力的非对称单刀双掷开关
CN215990730U (zh) 一种适用于Ku波段的数控衰减器
CN110739933B (zh) 一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器
CN117938116A (zh) 一种带斜率控制的数控衰减器
CN214205521U (zh) 一种多通道的射频收发芯片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant