CN111258259B - 一种多通道高集成表面贴装式tr组件控制芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，包括集成在单个芯片上的数字控制模块、电平转换模块、电源调制模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；所述数字控制模块用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经所述电平转换模块进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发；所述电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号；负栅压数模转换器用于生成五路栅极电压偏置信号。本发明还提供了TR组件和有源相控阵天线系统。本发明通过将五个通道的电源与控制集成在单颗芯片中，大幅度提升TR组件电源与控制电路的集成度。

Description

一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片、TR组件和有源相控阵天线系统。

背景技术

随着5G毫米波、雷达等产业的快速发展，有源相控阵天线作为必不可少的组成部分被大量使用，其中TR组件是实现对单个通道进行波束收发切换、移相衰减功能的关键部件。一部二维有源相控阵天线通常包含数百到数万只不等的TR组件，占整部雷达成本的绝大部分。因此TR组件内部芯片的小型化、高集成化是降低组件体积重量成本并提升可靠性的核心办法。

TR组件内部包含射频电路、电源和控制电路两部分，两者电路规模相当。射频电路实现射频信号放大、移相、开关等功能，对TR组件性能指标起主导作用；电源和控制电路为射频电路的正常工作提供电压偏置和指令控制，为TR组件的正常同步工作提供保障。

TR组件中电源和控制电路一般包含数颗电源调制芯片、基准源芯片和波控芯片，用以实现对射频电路的能源供应、收发切换、幅相控制和加断电顺序保护。一个典型的TR组件电源和控制电路包含2路脉冲调制驱动器和2颗功率MOSFET芯片用以实现组件内收发支路的电源调制，1颗负栅压基准用以提供放大器栅极偏置，1颗运算放大器芯片实现上电顺序保护，确保负压未加电前无法输出正压，防止射频放大器误加电烧毁，每路1颗波形控制芯片实现移相衰减控制字的锁存和多个射频开关的收发切换控制。

高频率相控阵产业的发展和射频频率的提升，对超小型、多通道、瓦片式甚至三维异构集成的TR组件形式提出了更高通道密度、更小尺寸重量的要求，而传统的电源和控制电路包含有数十颗芯片和外围应用电路的设计方案已不能满足系统需求，迫切需要更高集成度甚至多通道集成的电源和控制一体化芯片。

因此，针对以上不足，亟待提供一种多通道电源与控制一体化的芯片架构，使TR组件大幅度小型化、轻量化。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有TR组件控制芯片的集成度不高的缺陷，提供一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片、TR组件和有源相控阵天线系统，通过集成多个通道的电源与控制，使TR组件大幅度小型化、轻量化。

本发明第一方面，提供了一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，包括集成在单个芯片上的数字控制模块、电平转换模块、电源调制模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；

所述数字控制模块用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经所述电平转换模块进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发；

所述电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的漏极电源调制；

所述负栅压数模转换器用于生成五路栅极电压偏置信号，并经所述负栅压模拟开关模块后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的负栅压偏置。

在根据本发明所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片采用晶圆表面焊盘植球工艺制成。

在根据本发明所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述电源调制模块包括功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元、公共支路驱放电源调制单元、低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元，分别用于调制出功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器所需的漏极电压脉冲调制信号。

在根据本发明所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片还包括正电压监测模块和负电压保护模块；所述正电压监测模块用于监控正电源电压，并在上电时提供上电复位信号使所述数字控制模块复位，以防止TR组件启动时输出信号混乱；所述负电压保护模块用于监控负电源电压，并结合正电源电压的监控结果，在上电过程中控制所述电源调制模块延迟上电，并在正电源电压或负电源电压出现掉电斜坡时禁能电源调制。

在根据本发明所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片具有控制输入引脚、控制输出引脚、电源供电引脚、漏极电源调制输出引脚、负栅压电压配置引脚和负栅压输出引脚；

所述数字控制模块连接至所述控制输入引脚并通过串行SPI总线进行通信；所述电平转换模块连接至所述控制输出引脚以输出电平转换后的波位控制信号；

所述正电压监测模块和负电压保护模块均连接至所述电源供电引脚以监测电源供电信号；所述电源调制模块连接至所述漏极电源调制输出引脚，以输出漏极电压脉冲调制信号；

所述负栅压数模转换器连接至所述负栅压电压配置引脚以接收负栅压电压配置信号；所述负栅压模拟开关模块连接至所述负栅压输出引脚，以输出栅极电压偏置信号。

在根据本发明所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述数字控制模块还用于通过保护计数器以串行SPI控制总线信号的时钟为时钟源进行计数，当检测收发切换信号切入发射状态，保护计数器清零重新开始计数；当保护计数器数值超过发射脉宽计数预设值且收发切换信号仍未进入接收状态，则将发送保护控制信号给功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元，控制该功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元停止工作，实现发射脉宽保护；当收发切换信号由接收状态再次切入发射状态时，而保护计数器数值仍未达到占空比计数预置数值，则将发送保护控制信号给功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元，控制该功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元停止工作，实现占空比保护。

在根据本发明所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述控制输入引脚包括：第一收发切换信号引脚、第二收发切换信号引脚和总使能引脚；所述电源调制模块的低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元均连接至所述第一收发切换信号引脚和总使能引脚，根据第一收发切换信号和使能信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号；所述数字控制模块连接至所述第二收发切换信号引脚，根据第二收发切换信号进行发射脉宽和发射占空比保护检测，通过保护控制信号引脚输出保护控制信号；所述电源调制模块的功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元均连接至所述保护控制信号引脚，并根据所述保护控制信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号。

在根据本发明所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中，优选地，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片的电源供电信号具有三个供电电压域，其中正电源电压兼容+3.3V至+5V，提供给所述数字控制模块、正电压监测模块和负电压保护模块，以及电源调制模块的发射驱放电源调制单元、公共支路驱放电源调制单元、低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元；负电源电压兼容-3.3V至-5V，提供给所述电平转换模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；功率放大器电源电压兼容+5V至+8V，提供给所述电源调制模块的功放电源调制单元。

本发明第二方面，还提供了一种TR组件，采用如前所述的多通道高集成表贴式TR组件控制芯片。

本发明第二方面，还提供了一种有源相控阵天线系统，包括如前所述的TR组件。

实施本发明的多通道高集成表贴式TR组件控制芯片，具有以下有益效果：本发明通过将五个通道的电源与控制集成在单颗芯片中，大幅度提升TR组件电源与控制电路的集成度；并且进一步通过多电压域单片兼容、多路栅漏联控、多重数模混合保护和矩阵式焊盘分布等技术创新，很好地解决了传统方案中电源和控制电路规模大、芯片多、体积重量大、可靠性差、连接线复杂等问题，从而为TR组件小型化、多通道瓦片微系统化提供芯片级技术支撑。

附图说明

图1为本发明的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片优选实施例的原理图；

图2为本发明优选实施例的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中数字控制模块的内部电路框图；

图3为本发明优选实施例的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为根据本发明的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片优选实施例的原理图。该实施例提供的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片包括集成在单个芯片上的各个功能模块。该多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片至少包括：数字控制模块1、电平转换模块8、电源调制模块、负栅压数模转换器9和负栅压模拟开关模块10。

其中数字控制模块1用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经电平转换模块8进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发。优选地，该数字控制模块1还具有保护控制功能。上述TR组件包括五个通道，即四个TR收发通道以及一个公共支路通道，每个TR收发通道均具有功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器、数控移相器、数控衰减器和数控射频开关，用于射频波束调制。公共通道具有公共支路驱动放大器、低噪声放大器、数控衰减器、数控移相器和数控射频开关，用于通道波束合成与跨波长移相等校准工作。也就是说，数字控制模块1输出的并行的五个通道波位控制信号，进行电平转换后输出，至少用于控制TR组件各通道中的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器、公共支路驱动放大器，优选地，还用于控制数控移相器、数控衰减器和数控射频开关。

电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的漏极电源调制。优选地，电源调制模块包括功放电源调制单元11、发射驱放电源调制单元4、公共支路驱放电源调制单元7、低噪放电源调制单元6和接收驱放电源调制单元5，分别用于调制出功率放大器、发射驱动放大器、公共支路驱动放大器、低噪声放大器和接收驱动放大器所需的漏极电压脉冲调制信号。

负栅压数模转换器9用于生成五路栅极电压偏置信号，并经负栅压模拟开关模块10后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的负栅压偏置。

本发明的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片通过综合控制电源漏极调制时序和负栅极偏置电压值，实现五通道TR所有射频放大器芯片快速收发切换和单个放大器芯片的精确开关控制能力，将所有通道同类型射频放大器芯片的供电统一汇流至本芯片单个电源调制引脚端口，实现100ns以内所有射频放大电路的收发状态加断电快速联动，将每个射频放大器芯片的栅极单独连接至本芯片的各个通道栅极偏置电压端口实现单独关闭每个射频放大器的能力，为雷达阵面调试和标校提供便利。

此外，对于常见的四通道TR组件而言，通常需要一个公共通道用于功率合成与大波长衰减移相等校准工作，其需要单独的控制使其可在其它任一通道打开的情况下就保持开启，因此本发明的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中额外设计了针对第五个公共通道的独立移相、衰减控制和负栅压控制。

在本发明的优选实施例中，该多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片还包括正电压监测模块2和负电压保护模块3。其中，正电压监测模块2用于监控正电源电压，并在上电时提供上电复位信号RST_N使所述数字控制模块1复位，以防止TR组件启动时输出信号混乱。负电压保护模块3用于监控负电源电压，并结合正电源电压的监控结果，在上电过程中控制所述电源调制模块延迟上电，并在正电源电压或负电源电压出现掉电斜坡时禁能电源调制。

优选地，该多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片的电源供电信号具有三个供电电压域，其中正电源电压VCC可兼容+3.3V至+5V，提供给数字控制模块1、正电压监测模块2和负电压保护模块3，以及电源调制模块的发射驱放电源调制单元4、公共支路驱放电源调制单元7、低噪放电源调制单元6和接收驱放电源调制单元5等模块的供电。负电源电压VEE可兼容-3.3V至-5V，提供给电平转换模块8、负栅压数模转换器9和负栅压模拟开关模块10等模块供电；功率放大器电源电压即功率放大器电源电压供电引脚VT提供的电压可兼容+5V至+8V，提供给电源调制模块的功放电源调制单元11。

因此，本发明的上电顺序保护可采用上述方案监测负电源电压VEE和正电源电压VCC的电压值是否处于正常供电状态，若负电源电压VEE高于-3V或正电源电压VCC低于+3V，则禁止使能漏极电源调制。

本发明通过设计了上述新型的多通道TR组件电源与控制一体化芯片架构，在同一个芯片实现了三个宽电压域兼容，使功率放大器高电压调制、普通放大器低电压调制、正电压标准串行数字接口、负栅压偏置和负压控制输出可以集成在单颗芯片中，大幅度提升TR组件电源与控制电路的集成度。

下面对本发明的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中各个模块的具体功能及电路连接关系进行详细说明。

该多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片具有控制输入引脚、控制输出引脚、电源供电引脚、漏极电源调制输出引脚、负栅压电压配置引脚和负栅压输出引脚。

其中数字控制模块1连接至控制输入引脚并通过串行SPI总线进行通信。控制输入引脚可以包括：数据选通信号引脚DEN、三级寄存器锁存信号引脚SET、串行数据输入引脚DIN、串行数据载入引脚LD、时钟信号引脚CLK、第二收发切换信号引脚TR2、串行数据输出引脚DOUT、串行控制输入引脚FIN、串行控制选通信号引脚FEN、串行信号输出使能引脚OE、第一收发切换信号引脚TR1和总使能引脚EN。电平转换模块8连接至控制输出引脚以输出电平转换后的波位控制信号。该控制输出引脚可以包括：五通道各六位相移量控制信号输出引脚P[5:1][5:0]_P/N，其引脚电平为-3.3V或0V，用以控制五个通道的数控移相器相移量大小；五通道发射态控制输出引脚TX[5:1]，其引脚电平为+3.3V或0V，用以控制五个通道其中一个通道的发射态使能；五通道接收态控制输出引脚RX[5:1]，其引脚电平为+3.3V或0V，用以控制五个通道其中一个通道的接收态使能；五通道各六位衰减量控制信号输出引脚A[5:1][5:0]_P/N，其引脚电平为-3.3V或0V，用以控制五个通道的数控衰减器衰减量大小；五通道外部射频开关控制输出引脚SW[5:1][2:1]，其引脚电平为-3.3V或0V，用以控制五个通道的射频开关开闭状态。上述引脚符号中具有P/N尾缀则表示其具有差分电平输出。

正电压监测模块2和负电压保护模块3均连接至电源供电引脚以监测电源供电信号。该电源供电引脚可以包括：模拟电路接地引脚AVSS、数字电路接地引脚DVSS、功率放大器电源电压供电引脚VT、数字电路正电源电压供电引脚DVCC、数字电路负电源电压供电引脚DVEE、模拟电路负电源电压供电引脚AVEE、功率调制电源电压供电引脚PVCC和功率调制电源接地引脚PVSS。电源调制模块连接至漏极电源调制输出引脚，以输出漏极电压脉冲调制信号。漏极电源调制输出引脚可以包括功率放大器的漏极电压脉冲调制信号输出引脚PA_VD、发射驱动放大器的漏极电压脉冲调制信号输出引脚TX[4:1]_DRV_VD、公共支路驱动放大器的漏极电压脉冲调制信号输出引脚PA5_VD、低噪声放大器的漏极电压脉冲调制信号输出引脚LNA[5:1]_VD和接收驱动放大器的漏极脉冲调制控制信号输出引脚RX[4:1]_DRV_VD。其中功率放大器的漏极电压脉冲调制信号的电压为+8V，电流为1.5A；发射驱动放大器的漏极电压脉冲调制信号的电压为+3.3V，电流为30mA；公共支路驱动放大器的漏极电压脉冲调制信号的电压为+3.3V，电流为100mA；低噪声放大器的漏极电压脉冲调制信号的电压为+3.3V，电流为25mA；接收驱动放大器的漏极电压脉冲调制信号的电压为+3.3V，电流为30mA。

负栅压数模转换器9连接至负栅压电压配置引脚以接收负栅压电压配置信号。该负栅压电压配置引脚可以包括：公共支路驱动放大器的负栅压电压配置引脚PA5_ADJ[1:0]、功率放大器的负栅压电压配置引脚PA_ADJ[1:0]、发射驱动放大器的负栅压电压配置引脚TXD_VG_ADJ[1:0]、接收驱动放大器的负栅压电压配置引脚RXD_VG_ADJ[1:0]和低噪声放大器的负栅压电压配置引脚LNA_VG_ADJ[1:0]。负栅压模拟开关模块10连接至负栅压输出引脚，以输出栅极电压偏置信号。负栅压输出引脚可以包括：公共支路驱动放大器的栅极电压偏置信号输出引脚PA5_VG、功率放大器的栅极电压偏置信号输出引脚PA[4:1]_VG、发射驱动放大器的栅极电压偏置信号输出引脚TX[4:1]_DRG_VG、接收驱动放大器的栅极电压偏置信号输出引脚RX[4:1]_DRG_VG和低噪声放大器的栅极电压偏置信号输出引脚LNA[4:1]_VG。负栅压生成可提供五路栅压输出能力，分别提供功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器、公共支路驱动放大器的负栅压偏置，通过芯片外部的负栅压电压配置引脚设置负栅压数模转换器9生成-0.6V、-0.7V、-0.8V、-0.9V四档负栅压偏置以匹配不同GaAs微波芯片的栅压偏置的差异，每个负栅压生成后连接至负栅压模拟开关模块10后输出至芯片引脚焊盘，即负栅压输出引脚。其中负栅压模拟开关模块10可根据各通道使能比特位切换至-2V的关断状态负栅压偏置，实现单独关断各通道内放大器的功能。

请参阅图2，为根据本发明优选实施例的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片中数字控制模块的内部电路框图。如图2所示，该数字控制模块1包含五路波位控制信号生成电路以及保护控制电路两部分。其中五路波位控制信号生成电路共享一路串行SPI数据总线，可实现五个通道的幅度、相位、收发控制输出，每个通道可单独存储八组收发6比特幅度、相位的寄存器数据，即可在不进行外部数据刷新的情况下实现8个波位的快速扫描。每路波位控制信号生成电路包括第一级串行寄存器reg_data1[25:0]、第二级缓冲寄存器组reg_data2[7:0][25:0]、第三级执行寄存器reg_data3[25:0]、数据选通开关MUX和控制逻辑单元组成。其中第一级串行寄存器均连接至以下引脚：时钟信号引脚CLK、数据选通信号引脚DEN、串行数据载入引脚LD和串行数据输入引脚DIN。五个通道通过将第一级串行寄存器reg_data1[25:0]头尾级联使SPI数据总线的数据依次串行移位进五个通道的第一级串行寄存器reg_data1[25:0]中，通过串行数据载入引脚LD的串行数据载入信号将数据刷入指定的第二级缓冲寄存器组reg_data2[7:0][25:0]中的某个波位寄存器，并通过数据选通开关MUX将第二级缓冲寄存器组reg_data2[7:0][25:0]中八组波位缓冲数据选出一组输出至第三级执行寄存器reg_data3[25:0]，在锁存信号即三级寄存器锁存信号引脚SET的信号的上升沿将五个通道的波位控制数据同时刷新至第三级执行寄存器reg_data3[25:0]并通过组合逻辑输出，组合逻辑由控制逻辑单元等构成，用于根据第一收发切换信号引脚TR1和总使能引脚EN的第一收发切换信号和总使能信号进行开关逻辑电平和收发态波位的选通输出。

保护控制电路单独通过一路串行SPI控制总线进行控制，实现波位数据选择、发射脉宽保护和发射占空比保护功能。该保护控制电路包括第一级串行控制寄存器reg_fun1[11:0]、第二级控制寄存器组reg_fun2[9:0][7:0]、串出寄存器reg_dout、保护计数器pro_cnt[31:0]、保护逻辑单元和组合逻辑单元。其中第一级串行控制寄存器reg_fun1[11:0]将串行SPI控制总线数据串入寄存器中，通过对寄存器中数据进行解析以选通并串出至指定的第二级控制寄存器组reg_fun2[9:0][7:0]中的某个特定寄存器数据，并由该第二级控制寄存器组reg_fun2[9:0][7:0]控制第二级缓冲寄存器组reg_data2[7:0][25:0]的选通地址、数据选通开关MUX控制、保护逻辑单元中占空比预置数、保护计数器pro_cnt[31:0]中发射脉宽保护预置数。该保护控制电路的脉宽和占空比保护模块由一个32位的保护计数器pro_cnt[31:0]、保护逻辑单元和组合逻辑单元构成。并且该脉宽和占空比保护模块连接至第二收发切换信号引脚TR2，并通过保护控制信号引脚PTR2输出保护控制信号。具体地，该保护计数器以串行SPI控制总线信号的时钟为时钟源进行计数，当检测收发切换信号切入发射状态，即第二收发切换信号引脚TR2变高，则保护计数器清零重新开始计数；当保护计数器数值超过发射脉宽计数预设值，且第二收发切换信号引脚TR2仍未变低进入接收状态，则将保护逻辑单元中reg_pro_en置1并输出至组合逻辑单元，若组合逻辑单元通过第二收发切换信号引脚TR2判断仍处于发射状态，则生成保护控制信号，并通过保护控制信号引脚PTR2发送给功放电源调制单元11、发射驱放电源调制单元4和公共支路驱放电源调制单元7，控制这三个电源调制单元停止工作，实现发射脉宽保护。当第二收发切换信号引脚TR2由接收状态再次切入发射状态时，而保护计数器数值仍未达到占空比计数预置数值，则将保护逻辑单元中reg_pro_en置1并输出至组合逻辑单元，若组合逻辑单元通过第二收发切换信号引脚TR2判断处于发射状态，则生成保护控制信号，并通过保护控制信号引脚PTR2发送给功放电源调制单元11、发射驱放电源调制单元4和公共支路驱放电源调制单元7，控制这三个电源调制单元停止工作，实现占空比保护。

电源调制模块的功放电源调制单元11、发射驱放电源调制单元4和公共支路驱放电源调制单元7均连接至保护控制信号引脚PTR2，并根据保护控制信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号。电源调制模块的低噪放电源调制单元6和接收驱放电源调制单元5均连接至第一收发切换信号引脚TR1和总使能引脚EN，根据第一收发切换信号和总使能信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号。

因此，本发明通过数字控制集成发射脉宽保护和发射占空比保护，结合芯片内集成的上下电顺序保护电路，为TR组件射频链路放大器的安全稳定工作建立了非常良好的运行环境，可规避因电压异常和发射过热引起的各种寿命减短甚至烧毁的问题。

请参阅图3，为根据本发明优选实施例的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片的结构示意图。如图3所示，本发明的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片可以采用晶圆表面焊盘植球工艺（WLCSP）制成。由于集成了五通道的数字幅相控制和电源调制功能，芯片引脚多达198个，传统四周焊盘打线键合的方式已无法满足芯片小型化的要求，因此本发明采用晶圆级封装WLCSP技术，直接在芯片表面排布矩阵式焊盘，并在裸晶片上直接植球，使所有焊盘能分布在面积仅为3.2mm*2mm的裸芯片上，比原先传统方案面积降低了90%。由此可见，本发明实现将多个通道的完整电源调制保护和幅相收发控制集成在单个裸芯片上，采用晶圆表面焊盘植球工艺，解决了多通道集成导致的控制引脚数量剧增而无法排布的问题，并可将多余面积用于增加电源调制电路，可使用更小的面积完成大量控制引脚排布和大电流高速电源调制。

本发明还相应提供了一种TR组件，其采用如上所述的多通道高集成表贴式TR组件控制芯片。该TR组件包括五个通道，即上述四个TR收发通道以及一个公共支路通道，由所述多通道高集成表贴式TR组件控制芯片进行控制。本发明还提供了一种有源相控阵天线系统，其包括该TR组件。

综上所述，与现有技术相比，本发明提出的技术方案中构建了一种多通道TR组件电源与控制一体化的芯片架构，通过多电压域单片兼容、多路栅漏联控、多重数模混合保护、矩阵式焊盘分布等技术创新，完美解决了传统方案中电源和控制电路规模大、芯片多、体积重量大、保护弱、可靠性差、连接线复杂等问题，并可实现数字多波位缓冲和快速切换，从而为TR组件小型化、多通道瓦片微系统化提供芯片级技术支撑。具体地，本发明的多路栅漏联控主要通过一个漏极电源调制简化多通道收发脉冲调制的同时通过分路栅偏置实现单通道开关，从而省去传统方法中需要对每一路单独进行漏极调制来实现单通道开关带来的电路复杂度增加。本发明的多重数模混合保护不仅包括上电顺序保护，还通过数字计数器实现了发射脉宽和占空比保护，防止功放长时间连续工作导致过热烧毁的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，包括集成在单个芯片上的数字控制模块、电平转换模块、电源调制模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；

所述数字控制模块用于输出并行的五个通道的波位控制信号，并经所述电平转换模块进行电平转换后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的幅度、相位和收发；

所述电源调制模块用于输出五路漏极电压脉冲调制信号，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的漏极电源调制；

所述负栅压数模转换器用于生成五路栅极电压偏置信号，并经所述负栅压模拟开关模块后输出，分别控制TR组件的功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器的负栅压偏置。

2.根据权利要求1所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片采用晶圆表面焊盘植球工艺制成。

3.根据权利要求1所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述电源调制模块包括功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元、公共支路驱放电源调制单元、低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元，分别用于调制出功率放大器、发射驱动放大器、接收驱动放大器、低噪声放大器和公共支路驱动放大器所需的漏极电压脉冲调制信号。

4.根据权利要求3所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片还包括正电压监测模块和负电压保护模块；

所述正电压监测模块用于监控正电源电压，并在上电时提供上电复位信号使所述数字控制模块复位，以防止TR组件启动时输出信号混乱；

所述负电压保护模块用于监控负电源电压，并结合正电源电压的监控结果，在上电过程中控制所述电源调制模块延迟上电，并在正电源电压或负电源电压出现掉电斜坡时禁能电源调制。

5.根据权利要求4所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片具有控制输入引脚、控制输出引脚、电源供电引脚、漏极电源调制输出引脚、负栅压电压配置引脚和负栅压输出引脚；

所述数字控制模块连接至所述控制输入引脚并通过串行SPI总线进行通信；所述电平转换模块连接至所述控制输出引脚以输出电平转换后的波位控制信号；

所述正电压监测模块和负电压保护模块均连接至所述电源供电引脚以监测电源供电信号；所述电源调制模块连接至所述漏极电源调制输出引脚，以输出漏极电压脉冲调制信号；

所述负栅压数模转换器连接至所述负栅压电压配置引脚以接收负栅压电压配置信号；所述负栅压模拟开关模块连接至所述负栅压输出引脚，以输出栅极电压偏置信号。

6.根据权利要求5所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于：

所述数字控制模块还用于通过保护计数器以串行SPI控制总线信号的时钟为时钟源进行计数，当检测收发切换信号切入发射状态，保护计数器清零重新开始计数；当保护计数器数值超过发射脉宽计数预设值且收发切换信号仍未进入接收状态，则将发送保护控制信号给功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元，控制所述功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元停止工作，实现发射脉宽保护；

当收发切换信号由接收状态再次切入发射状态时，而保护计数器数值仍未达到占空比计数预置数值，则将发送保护控制信号给功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元，控制所述功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元停止工作，实现占空比保护。

7.根据权利要求6所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述控制输入引脚包括：第一收发切换信号引脚、第二收发切换信号引脚和总使能引脚；

所述电源调制模块的低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元均连接至所述第一收发切换信号引脚和总使能引脚，根据第一收发切换信号和使能信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号；

所述数字控制模块连接至所述第二收发切换信号引脚，根据第二收发切换信号进行发射脉宽和发射占空比保护检测，通过保护控制信号引脚输出保护控制信号；所述电源调制模块的功放电源调制单元、发射驱放电源调制单元和公共支路驱放电源调制单元均连接至所述保护控制信号引脚，并根据所述保护控制信号的状态确定是否输出对应的漏极电压脉冲调制信号。

8.根据权利要求4所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片，其特征在于，所述多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片的电源供电信号具有三个供电电压域，其中正电源电压兼容+3.3V至+5V，提供给所述数字控制模块、正电压监测模块和负电压保护模块，以及电源调制模块的发射驱放电源调制单元、公共支路驱放电源调制单元、低噪放电源调制单元和接收驱放电源调制单元；负电源电压兼容-3.3V至-5V，提供给所述电平转换模块、负栅压数模转换器和负栅压模拟开关模块；功率放大器电源电压兼容+5V至+8V，提供给所述电源调制模块的功放电源调制单元。

9.一种TR组件，其特征在于，采用权利要求1~8中任一项所述的多通道高集成表面贴装式TR组件控制芯片。

10.一种有源相控阵天线系统，其特征在于，包括权利要求9所述的TR组件。

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