CN112564730B - 一种柔性设计的高可靠多输出功率tr组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，包括对射频接收信号进行幅度放大的接收电路，将射频发射信号进行功率放大并输出的发射电路，用于射频接收信号和射频发射信号放大、切换、相位控制、增益控制、收发时序控制的公共电路，用于控制供电的电源控制及接口电路和环形器，接收电路、发射电路、公共电路均封装成独立电路模块，内部均含有裸芯片，发射电路设置多个。本发明是为了解决目前TR组件裸芯片失效问题频发及输出功率单一的问题，将裸芯片筛选剔除前移，大大提高TR组件的可靠性，并实现TR组件多输出功率的特定需求，尤其适用于具有高可靠性和多输出功率的相控阵系统中，在提高可靠性的同时，利于快速维修替换。

Description

一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件

技术领域

本发明涉及半导体元器件技术领域，具体涉及一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件。

背景技术

有源相控阵技术在系统领域得到越来越多的应用。有源相控阵系统的核心是TR组件。有源相控阵系统，所使用的TR组件具有数量多、成本高、可靠性要求高、工作时间长的特点。TR组件因其小型化和高集成的要求，内部多采用裸芯片，而裸芯片因其装配测试后将无法再次使用，芯片在生产阶段交付之前仅按照GJB 548B“微电子器件试验方法和程序”方法1008稳定性烘焙开展非加电试验和GB/T4586-1994“半导体器件分立器件第8部分：场效应晶体管”方法IV开展常温电探针在片直流测试和在片射频测试，不能通过温度冲击、力学筛选及电老炼筛选，因此无法实现裸芯片的早期筛选剔除，需要在组件级开展试验，出现问题，往往带来周期和成本的巨大代价，可靠性低。

发明内容

本发明是为了解决目前TR组件裸芯片失效问题频发及输出功率单一的问题，提供一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，将裸芯片筛选剔除前移，大大提高TR组件的可靠性，实现低失效率，并实现TR组件单一输出功率到多输出功率的特定需求，尤其适用于具有高可靠性和多输出功率的相控阵系统中，在提高可靠性的同时，利于快速维修替换。

本发明提供一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，包括对射频接收信号进行幅度放大的接收电路，将射频发射信号进行功率放大并输出的发射电路，与接收电路、发射电路均电连接用于射频接收信号和射频发射信号放大、切换、相位控制、增益控制、收发时序控制的公共电路，与接收电路、发射电路及公共电路均电连接用于控制供电的电源控制及接口电路和与接收电路、发射电路均电连接用于隔离射频接收信号和射频发射信号的环形器；

公共电路封装成独立电路模块，包括依次电连接的第一开关，驱动功率放大器，第二开关，数控移相器，数控衰减器，第三开关，与第一开关、第二开关均电连接的补偿放大器，与电源控制及接口电路电连接的电源开关驱动芯片、第一电源开关芯片，与第一开关、第二开关、数控移相器、数控衰减器、第三开关均电连接的串并转换控制芯片和逻辑芯片，第三开关与接收电路和发射电路均电连接；

驱动功率放大器、数控移相器、数控衰减器、补偿放大器、电源开关驱动芯片、第一电源开关芯片、串并转换控制芯片和逻辑芯片均为裸芯片。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，作为优选方式，接收电路封装成独立电路模块。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，作为优选方式，接收电路包括与环形器依次电连接的限幅器，低噪声放大器和与电源控制及接口电路电连接的第二电源开关芯片，低噪声放大器与第三开关电连接；

限幅器、低噪声放大器、第二电源开关芯片均为裸芯片。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，作为优选方式，发射电路封装成独立电路模块。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，作为优选方式，发射电路包括与第三开关依次电连接的驱动功率放大器，末级功率放大器，微带耦合器和与电源控制及接口电路电连接的第三电源开关芯片，微带耦合器与环形器电连接；

驱动功率放大器、末级功率放大器和第三电源开关芯片均为裸芯片。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，作为优选方式，发射电路至少设置2个。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，作为优选方式，包括如下步骤：

S1、电路封装及验证：将接收电路、发射电路、公共电路分别进行封装，开展电路模块测试，测试合格电路进入步骤S2，测试不合格电路则筛选剔除；

S2、TR组件组装：将测试合格的接收电路、发射电路、公共电路分别进行封装，并与电源控制及接口电路组装成TR组件；

S3、TR组件测试：将TR组件进行系统测试，若测试合格则TR组件测试结束，若测试不合格则查找问题并替换问题电路直至系统测试合格。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，作为优选方式，步骤S1中电路模块测试包括：温度冲击测试、力学测试、电老炼测试和密封检漏测试。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，作为优选方式，步骤S3中系统测试包括单机级温循测试、力学测试和电老炼测试。

本发明所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，作为优选方式，发射电路至少设置2个。

公共电路采用高集成先进封装形式，构成独立的电路模块，可以单独开展电性能测试和试验验证。包括发射用驱动放大器、接收用补偿放大器、3个SPDT单刀双掷开关、数控移相器、数控衰减器、串并转换芯片等，实现射频收发信号放大、射频收发信号的切换、相位和增益控制、收发时序控制等功能。

接收电路采用高集成先进封装形式，构成独立的电路模块，可以单独开展电性能测试和试验验证。包括限幅器、低噪声放大器，实现微弱信号的接收放大功能。

发射电路采用高集成先进封装形式，构成独立的电路模块，可以单独开展电性能测试和试验验证。包括驱动放大器、末级功率放大器等，实现发射信号的功率放大功能。通过驱动放大器和末级功率放大器的不同组合，实现不同的输出功率。

上述电源控制及接口电路实现电源调整、控制驱动、接口保护、信号互连等功能。

其工作原理是：

将TR组件电路功能通过合理划分，分为公共电路、接收电路和发射电路，电源控制及接口电路为公共电路、接收电路和发射电路提供电源、控制的输入输出和接口互连。TR组件中公共电路、接收电路保持不变，发射电路通过驱动放大器和末级功率放大器的不同组合实现不同输出功率的要求。其核心就是将TR组件的电路功能经过合理的划分，并经高集成先进封装工艺，形成独立的公共电路、接收电路和发射电路，具有完整的对外接口，可实现电路的单独测试和筛选考核，并能通过发射电路内部的驱动放大器和末级功率放大器的不同组合实现不同的输出功率。将公共电路、接收电路和不同输出功率的发射电路组合，实现TR组件多输出功率的特定需求。

本发明具有以下优点：

(1)将TR组件的整体电路通过合理的功能划分，形成封装独立的公共电路、接收电路和发射电路，可以单独对电路进行电测试，并进行温度冲击、力学和电老炼筛选，实现对裸芯片的早期失效剔除，大大提高TR组件的可靠性。

(2)采用电路模块化设计方法，发射电路可以通过驱动放大器和末级功率放大器的不同组合实现不同的输出功率；并通过公共电路、接收电路和不同输出功率的发射电路的组合实现多输出功率的TR组件，具有柔性设计的特点，可以满足多输出功率应用场合的产品化需求。

(3)采用电路模块化设计方法，可以实现部分故障功能电路的快速替换，其他部分功能电路保持不变，提高产品可维修性，适用于批量产品研制。

附图说明

图1为一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件实施例1工作原理图；

图2为一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件实施例2工作原理图；

图3为一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件实施例3工作原理图；

图4为一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件实施例3测试方法流程图；

图5为一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件实施例3测试项目图。

附图标记：

1、接收电路；11、限幅器；12、低噪声放大器；13、第二电源开关芯片；2、发射电路；21、驱动功率放大器；22、末级功率放大器；23、微带耦合器；24、第三电源开关芯片；3、公共电路；31、第一开关；32、驱动功率放大器；33、第二开关；34、数控移相器；35、数控衰减器；36、第三开关；37、补偿放大器；38、电源开关驱动芯片；39、第一电源开关芯片；3a、串并转换控制芯片；3b、逻辑芯片。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，包括对射频接收信号进行幅度放大的接收电路1，将射频发射信号进行功率放大并输出的发射电路2，与接收电路1、发射电路2均电连接用于射频接收信号和射频发射信号放大、切换、相位控制、增益控制、收发时序控制的公共电路3，与接收电路1、发射电路2及公共电路3均电连接用于控制供电的电源控制及接口电路4和与接收电路1、发射电路2均电连接用于隔离射频接收信号和射频发射信号的环形器5；

公共电路3封装成独立电路模块，包括依次电连接的第一开关31，驱动功率放大器32，第二开关33，数控移相器34，数控衰减器35，第三开关36，与第一开关31、第二开关33均电连接的补偿放大器37，与电源控制及接口电路4电连接的电源开关驱动芯片38、第一电源开关芯片39，与第一开关31、第二开关33、数控移相器34、数控衰减器35、第三开关36均电连接的串并转换控制芯片3a和逻辑芯片3b，第三开关36与接收电路1和发射电路2均电连接；

驱动功率放大器32、数控移相器34、数控衰减器35、补偿放大器37、电源开关驱动芯片38、第一电源开关芯片39、串并转换控制芯片3a和逻辑芯片3b均为裸芯片。

实施例2

如图2所示，一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，包括对射频接收信号进行幅度放大的接收电路1，将射频发射信号进行功率放大并输出的发射电路2，与接收电路1、发射电路2均电连接用于射频接收信号和射频发射信号放大、切换、相位控制、增益控制、收发时序控制的公共电路3，与接收电路1、发射电路2及公共电路3均电连接用于控制供电的电源控制及接口电路4和与接收电路1、发射电路2均电连接用于隔离射频接收信号和射频发射信号的环形器5；

接收电路1封装成独立电路模块，接收电路1包括与环形器5依次电连接的限幅器11，低噪声放大器12和与电源控制及接口电路4电连接的第二电源开关芯片13，低噪声放大器12与第三开关36电连接；限幅器11、低噪声放大器12和第二电源开关芯片13均为裸芯片；

发射电路2封装成独立电路模块，发射电路2包括与第三开关36依次电连接的驱动功率放大器21，末级功率放大器22，微带耦合器23和与电源控制及接口电路4电连接的第三电源开关芯片24，微带耦合器23与环形器5电连接；驱动功率放大器21、末级功率放大器22和第三电源开关芯片24均为裸芯片；

公共电路3封装成独立电路模块，包括依次电连接的第一开关31，驱动功率放大器32，第二开关33，数控移相器34，数控衰减器35，第三开关36，与第一开关31、第二开关33均电连接的补偿放大器37，与电源控制及接口电路4电连接的电源开关驱动芯片38、第一电源开关芯片39，与第一开关31、第二开关33、数控移相器34、数控衰减器35、第三开关36均电连接的串并转换控制芯片3a和逻辑芯片3b，第三开关36与接收电路1和发射电路2均电连接；

驱动功率放大器32、数控移相器34、数控衰减器35、补偿放大器37、电源开关驱动芯片38、第一电源开关芯片39、串并转换控制芯片3a和逻辑芯片3b均为裸芯片。

实施例1-2的测试方法，包括如下步骤：

S1、电路封装及验证：将接收电路1、发射电路2、公共电路3分别进行封装，开展电路模块测试，测试合格电路进入步骤S2，测试不合格电路则筛选剔除；

S2、TR组件组装：将测试合格的接收电路1、发射电路2、公共电路3与电源控制及接口电路4组装成TR组件；

S3、TR组件测试：将TR组件进行系统测试，若测试合格则TR组件测试结束，若测试不合格则查找问题并替换问题电路直至系统测试合格。

实施例3

如图3所示，一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，包括对射频接收信号进行幅度放大的接收电路1，将射频发射信号进行功率放大并输出的发射电路2，与接收电路1、发射电路2均电连接用于射频接收信号和射频发射信号放大、切换、相位控制、增益控制、收发时序控制的公共电路3，与接收电路1、发射电路2及公共电路3均电连接用于控制供电的电源控制及接口电路4和与接收电路1、发射电路2均电连接用于隔离射频接收信号和射频发射信号的环形器5；

接收电路1封装成独立电路模块，接收电路1包括与环形器5依次电连接的限幅器11，低噪声放大器12和与电源控制及接口电路4电连接的第二电源开关芯片13，低噪声放大器12与第三开关36电连接；限幅器11、低噪声放大器12和第二电源开关芯片13均为裸芯片；

发射电路2封装成独立电路模块，发射电路2包括与第三开关36依次电连接的驱动功率放大器21，末级功率放大器22，微带耦合器23和与电源控制及接口电路4电连接的第三电源开关芯片24，微带耦合器23与环形器5电连接；驱动功率放大器21、末级功率放大器22和第三电源开关芯片24均为裸芯片；发射电路2至少设置2个；

公共电路3封装成独立电路模块，包括依次电连接的第一开关31，驱动功率放大器32，第二开关33，数控移相器34，数控衰减器35，第三开关36，与第一开关31、第二开关33均电连接的补偿放大器37，与电源控制及接口电路4电连接的电源开关驱动芯片38、第一电源开关芯片39，与第一开关31、第二开关33、数控移相器34、数控衰减器35、第三开关36均电连接的串并转换控制芯片3a和逻辑芯片3b，第三开关36与接收电路1和发射电路2均电连接；

驱动功率放大器32、数控移相器34、数控衰减器35、补偿放大器37、电源开关驱动芯片38、第一电源开关芯片39、串并转换控制芯片3a和逻辑芯片3b均为裸芯片。

如图4-5所示，实施例3的测试方法，包括如下步骤：

S1、电路封装及验证：将接收电路1、发射电路2、公共电路3分别进行封装，开展电路模块测试，测试合格电路进入步骤S2，测试不合格电路则筛选剔除；电路模块测试包括：温度冲击测试、力学测试、电老炼测试和密封检漏测试；发射电路2至少设置2个；

S2、TR组件组装：将测试合格的接收电路1、发射电路2、公共电路3与电源控制及接口电路4组装成TR组件；

S3、TR组件测试：将TR组件进行系统测试，若测试合格则TR组件测试结束，若测试不合格则查找问题并替换问题电路直至系统测试合格；步骤S3中系统测试包括单机级温循测试、力学测试和电老炼测试。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，其特征在于：包括对射频接收信号进行幅度放大的接收电路(1)，将射频发射信号进行功率放大并输出的发射电路(2)，与所述接收电路(1)、发射电路(2)均电连接用于所述射频接收信号和所述射频发射信号放大、切换、相位控制、增益控制、收发时序控制的公共电路(3)，与所述接收电路(1)、所述发射电路(2)及所述公共电路(3)均电连接用于控制供电的电源控制及接口电路(4)和与所述接收电路(1)、所述发射电路(2)均电连接用于隔离所述射频接收信号和所述射频发射信号的环形器(5)；

所述公共电路(3)封装成独立电路模块，包括依次电连接的第一开关(31)，驱动功率放大器(32)，第二开关(33)，数控移相器(34)，数控衰减器(35)，第三开关(36)，与所述第一开关(31)、所述第二开关(33)均电连接的补偿放大器(37)，与所述电源控制及接口电路(4)电连接的电源开关驱动芯片(38)、第一电源开关芯片(39)，与所述第一开关(31)、所述第二开关(33)、所述数控移相器(34)、所述数控衰减器(35)、所述第三开关(36)均电连接的串并转换控制芯片(3a)和逻辑芯片(3b)，所述第三开关(36)与所述接收电路(1)和所述发射电路(2)均电连接；

所述驱动功率放大器(32)、所述数控移相器(34)、所述数控衰减器(35)、所述补偿放大器(37)、所述电源开关驱动芯片(38)、所述第一电源开关芯片(39)、所述串并转换控制芯片(3a)和所述逻辑芯片(3b)均为裸芯片；

所述接收电路(1)封装成独立电路模块，所述发射电路(2)封装成独立电路模块。

2.根据权利要求1所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，其特征在于：所述接收电路(1)包括与所述环形器(5)依次电连接的限幅器(11)，低噪声放大器(12)和与所述电源控制及接口电路(4)电连接的第二电源开关芯片(13)，所述低噪声放大器(12)与所述第三开关(36)电连接；

所述限幅器(11)、所述低噪声放大器(12)和所述第二电源开关芯片(13)均为所述裸芯片。

3.根据权利要求1所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，其特征在于：所述发射电路(2)包括与所述第三开关(36)依次电连接的驱动功率放大器(21)和/或末级功率放大器(22)，微带耦合器(23)，与所述电源控制及接口电路(4)电连接的第三电源开关芯片(24)，所述微带耦合器(23)与所述环形器(5)电连接；

所述驱动功率放大器(21)、所述末级功率放大器(22)和所述第三电源开关芯片(24)均为所述裸芯片。

4.根据权利要求3所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件，其特征在于：所述发射电路(2)至少设置2个。

5.根据权利要求1所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、电路封装及验证：将所述接收电路(1)、所述发射电路(2)、所述公共电路(3)分别进行封装，开展电路模块测试，测试合格电路进入步骤S2，测试不合格电路则筛选剔除；

S2、TR组件组装：将测试合格的所述接收电路(1)、所述发射电路(2)、所述公共电路(3)与所述电源控制及接口电路(4)组装成TR组件；

S3、TR组件测试：将所述TR组件进行系统测试，若测试合格则所述TR组件测试结束，若测试不合格则查找问题并替换问题电路直至系统测试合格。

6.根据权利要求5所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，其特征在于：步骤S1中所述电路模块测试包括：温度冲击测试、力学测试、电老炼测试和密封检漏测试。

7.根据权利要求5所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，其特征在于：步骤S3中所述系统测试包括单机级温循测试、力学测试和电老炼测试。

8.根据权利要求5所述的一种柔性设计的高可靠多输出功率TR组件的测试方法，其特征在于：所述发射电路(2)至少设置2个。

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