CN112865713A - 一种多频段信号放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多频段信号放大器，包括频段信息采集模块、标准频段信息存储模块、频段信息判断模块、频段匹配模块、多频段信号放大模块、放大信号采集模块、标准放大信号存储模块、放大信号判断模块和增益匹配模块等。本发明通过使用频段信息采集模块采集外部设备的输入信号所在实时频段后，将输入信号输入至与其所在频段相对应工作频段的多频段信号放大模块内，使多频段信号放大模块可以正确可靠高效地将其信号放大并输出，实现多频段兼容的有益技术效果，提高该装置的兼容度，避免现有单频段设计所带来的兼容度不够的问题；适应性强，使用方便。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种多频段信号放大器。
背景技术
随着通信速率越高,要求通信系统所占用的频谱带宽也越来越大,从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益重要，也要求通信设备的宽频带，多频段应用越来越重要。目前信号放大设备主要应用在电子通讯领域，在工作时，当有信号出现，设备内部智能自动分析信号方向，变换为一端信号入另一端放大输出态势，完成放大输出任务，但是，目前的信号放大设备中的频段都是预先设定，在实际使用中很难更改，且目前通用的频段比较多，如150MHz、350MHz、400MHz、800MHz等，几乎大部分的信号放大设备都为单频段设计，在实际应用中兼容度差。现在的单个设备都是窄频带、点频使用，但是为了更好实现宽频带通信，增强其兼容性和可靠性，需要一个宽带的多频段信号放大器。
发明内容
本发明目的在于提供一种多频段信号放大器，用于解决上述现有技术中存在的技术问题之一，如：现在的单个设备都是窄频带、点频使用，但是为了更好实现宽频带通信，增强其兼容性和可靠性，需要一个宽带的多频段信号放大器。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种多频段信号放大器，包括频段信息采集模块、标准频段信息存储模块、频段信息判断模块、频段匹配模块、多频段信号放大模块、放大信号采集模块、标准放大信号存储模块、放大信号判断模块和增益匹配模块；
所述频段信息判断模块分别与所述频段信息采集模块、标准频段信息存储模块、频段匹配模块连接；所述频段匹配模块、多频段信号放大模块、放大信号采集模块依次连接；所述放大信号判断模块分别与所述放大信号采集模块、标准放大信号存储模块、增益匹配模块连接；
其中，所述频段信息采集模块用于采集输入信号的实时频段信息；
所述标准频段信息存储模块用于存储各个设定的标准频段信息；
所述频段信息判断模块用于判断所述实时频段信息与所述标准频段信息是否匹配，即实时频段是否符合设定的标准频段，若符合，则将该实时频段的输入信号发送至频段匹配模块；其中，所述频段信息判断模块通过其常用判断单元将所述实时频段信息与所述标准频段信息进行第一次实时频段匹配判断，若第一次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息匹配，则以第一次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，若第一次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息不匹配，则暂存第一次实时频段匹配判断结果，并且，所述频段信息判断模块通过其备用判断单元将所述实时频段信息与所述标准频段信息进行第二次实时频段匹配判断，若第二次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息匹配，则以第二次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，若第二次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息不匹配，则以第一次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，并舍弃第二次实时频段匹配判断结果；其中，所述常用判断单元与所述备用判断单元均为用于实时频段匹配判断的相互独立的单元；
所述频段匹配模块用于将符合标准频段的输入信号匹配到对应的多频段信号放大模块；
所述多频段信号放大模块用于对所述频段匹配模块发送来的输入信号进行信号放大；
所述放大信号采集模块用于采集多频段信号放大模块输出的实时放大信号；
所述标准放大信号存储模块用于存储各个频段对应的标准放大信号；
所述放大信号判断模块用于判断所述实时放大信号与所述标准放大信号是否匹配，当所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配时，所述放大信号判断模块将所述实时放大信号发送至增益匹配模块；
所述增益匹配模块接收所述实时放大信号并进行相应的增益匹配后进行输出。
进一步的，所述放大信号判断模块判断所述实时放大信号与所述标准放大信号是否匹配时，具体如下：
所述放大信号判断模块通过其主判断单元将所述实时放大信号与所述标准放大信号进行第一次放大信号匹配判断，若第一次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配，则以第一次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，若第一次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号不匹配，则暂存第一次放大信号匹配判断结果，并且，所述放大信号判断模块通过其副判断单元将所述实时放大信号与所述标准放大信号进行第二次放大信号匹配判断，若第二次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配，则以第二次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，若第二次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号不匹配，则以第一次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，并舍弃第二次放大信号匹配判断结果；其中，所述主判断单元与所述副判断单元均为用于放大信号匹配判断的相互独立的单元。
进一步的，所述多频段信号放大模块采用GaN信号放大芯片。
进一步的，所述增益匹配模块采用IPD芯片。
进一步的，IPD芯片的基片衬底设计为：先用氮化铝材料的陶瓷基片做为IPD芯片电路的衬底，表面镀金4um。
进一步的，将GaN信号放大芯片与IPD芯片进行微组装加工处理。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本方案的一个创新点在于，现在的单个设备都是窄频带、点频使用，为了更好实现宽频带通信，增强其兼容性和可靠性，本方案提出一个宽带的多频段信号放大器，本方案通过使用频段信息采集模块采集外部设备的输入信号所在实时频段后，将输入信号输入至与其所在频段相对应工作频段的多频段信号放大模块内，使多频段信号放大模块可以正确可靠高效地将其信号放大并输出，实现多频段兼容的有益技术效果，提高该装置的兼容度，避免现有单频段设计所带来的兼容度不够的问题；适应性强，使用方便。并且，对于实时频段判断时，当一次判断不匹配时，进一步采用二次判断，当且仅当两次判断的实时频段均不匹配才舍弃当前输入信号，极大地增强了放大效率，且降低了目标输入信号丢失率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式的GaN信号放大芯片与IPD芯片产品设计流程示意图。
图3是本发明具体实施方式的IPD电路设计示意图。
图4是本发明具体实施方式的GaN信号放大芯片与IPD芯片微组装的工艺流程示意图。
图5是本发明具体实施方式的GaN信号放大芯片与IPD芯片微组装产品示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1-5，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。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。
实施例：
如图1所示，现提出一种多频段信号放大器，包括频段信息采集模块、标准频段信息存储模块、频段信息判断模块、频段匹配模块、多频段信号放大模块、放大信号采集模块、标准放大信号存储模块、放大信号判断模块和增益匹配模块；
所述频段信息判断模块分别与所述频段信息采集模块、标准频段信息存储模块、频段匹配模块连接；所述频段匹配模块、多频段信号放大模块、放大信号采集模块依次连接；所述放大信号判断模块分别与所述放大信号采集模块、标准放大信号存储模块、增益匹配模块连接；
其中，所述频段信息采集模块用于采集输入信号的实时频段信息；
所述标准频段信息存储模块用于存储各个设定的标准频段信息；
所述频段信息判断模块用于判断所述实时频段信息与所述标准频段信息是否匹配，即实时频段是否符合设定的标准频段，若符合，则将该实时频段的输入信号发送至频段匹配模块；其中，所述频段信息判断模块通过其常用判断单元将所述实时频段信息与所述标准频段信息进行第一次实时频段匹配判断，若第一次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息匹配，则以第一次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，若第一次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息不匹配，则暂存第一次实时频段匹配判断结果，并且，所述频段信息判断模块通过其备用判断单元将所述实时频段信息与所述标准频段信息进行第二次实时频段匹配判断，若第二次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息匹配，则以第二次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，若第二次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息不匹配，则以第一次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，并舍弃第二次实时频段匹配判断结果；其中，所述常用判断单元与所述备用判断单元均为用于实时频段匹配判断的相互独立的单元；
所述频段匹配模块用于将符合标准频段的输入信号匹配到对应的多频段信号放大模块；
所述多频段信号放大模块用于对所述频段匹配模块发送来的输入信号进行信号放大；
所述放大信号采集模块用于采集多频段信号放大模块输出的实时放大信号；
所述标准放大信号存储模块用于存储各个频段对应的标准放大信号；
所述放大信号判断模块用于判断所述实时放大信号与所述标准放大信号是否匹配，当所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配时，所述放大信号判断模块将所述实时放大信号发送至增益匹配模块；
所述增益匹配模块接收所述实时放大信号并进行相应的增益匹配后进行输出。
通过上述方案，使用频段信息采集模块采集外部设备的输入信号所在实时频段后，将输入信号输入至与其所在频段相对应工作频段的多频段信号放大模块内，使多频段信号放大模块可以正确可靠高效地将其信号放大并输出，实现多频段兼容的有益技术效果，提高该装置的兼容度，避免现有单频段设计所带来的兼容度不够的问题；适应性强，使用方便。并且，对于实时频段判断时，当一次判断不匹配时，进一步采用二次判断，当且仅当两次判断的实时频段均不匹配才舍弃当前输入信号，极大地增强了放大效率，且降低了目标输入信号丢失率。
进一步的，所述放大信号判断模块判断所述实时放大信号与所述标准放大信号是否匹配时，具体如下：
所述放大信号判断模块通过其主判断单元将所述实时放大信号与所述标准放大信号进行第一次放大信号匹配判断，若第一次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配，则以第一次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，若第一次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号不匹配，则暂存第一次放大信号匹配判断结果，并且，所述放大信号判断模块通过其副判断单元将所述实时放大信号与所述标准放大信号进行第二次放大信号匹配判断，若第二次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配，则以第二次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，若第二次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号不匹配，则以第一次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，并舍弃第二次放大信号匹配判断结果；其中，所述主判断单元与所述副判断单元均为用于放大信号匹配判断的相互独立的单元。
通过上述方案，对于经过放大处理的输入信号还需要匹配到相应的增益匹配模块中进行增益匹配，所以采用二次判断实时放大信号与标准放大信号是否匹配，匹配后进行相应的增益匹配。
进一步的，所述多频段信号放大模块采用GaN信号放大芯片。
进一步的，所述增益匹配模块采用IPD芯片。
进一步的，IPD芯片的基片衬底设计为：先用氮化铝材料的陶瓷基片做为IPD芯片电路的衬底，表面镀金4um。
进一步的，将GaN信号放大芯片与IPD芯片进行微组装加工处理。
通过上述方案，本方案的放大器可以从30M至2200M实现全频段放大输出，输出功率达到5W，体积为9MM*6MM的封装大小。满足手持、对讲机、多种设备网互联互通。达到联合通信的目的。当前电子产品向轻、薄、小、高密度和多功能的高速发展，寻求散热及结构设计的最佳解决方案。
本产品主要采用了：6寸晶圆GaAs化合物IPD设计和90nm光刻工艺流片、薄膜工艺的氮化铝衬底基片的设计和加工、芯片微组装共晶技术、混合集成电路的装配、芯片的高频性能测试、封装、检验。
其中，本产品设计很好的结合了，GaAs化合物IPD设计、薄膜工艺、芯片微组装共晶技术、氮化铝衬底基片的设计。该产品设计流程图如图2所示；
该产品采用频率覆盖DC-18GHz范围，最大输出功率12W的GaN 0.25um工艺的放大芯片，通过输入宽带匹配的GaAs工艺设计的IPD芯片进行阻抗、增益匹配，实现从30M-2200M的全频带放大，输出功率大于5W。
注：GaAs：砷化镓(gallium arsenide)
IPD：砷化镓集成无源器件(Integrated Passive Device,IPD)
GaN:氮和镓的化合物(gallium nitride)；
氮化铝衬底基片的选择：根据下表可以看出，先用氮化铝材料的陶瓷基片做为电路的衬底，可以解决电路的优良导电性能，表面镀金4um，可以保证微组装的共晶烧结，芯片的良好导电性和导热性，同时确保硬度，使高低温变化，膨胀性数能满足可靠性和稳定的需求。
对基片的衬底设计完成后，需要对内部的IPD电路进行设计，IPD的设计流程图如图3所示；
IPD设计经过晶圆代工厂流片，切片、筛选、测试后，我方再与加工好的氮化镓衬底一同进行微组装加工。为了产品的可靠性，芯片混装工艺需是综合性技术。影响混装可靠性的要问题有以下几种：
1)有源器件的可靠性问题；
2)内引线键合可靠性问题；
3)沾污引起的可靠性问题；
4)衬底基片可靠性问题；
5)封装可靠性问题；
微组装的工艺流程图如图4所示；
IPD芯片与GaN放大芯片结合如图5所示，其中的关键点还在于：
1：把IPD芯片与GaN放大芯片相结合。
2：IPD芯片设计为宽带匹配芯片，可与不同的放大芯片相匹配。以满足不同的用户需求和产品指标性能。
3：不同的温度区间设置。如芯片共晶采用227℃，IPD烧结采用183℃，芯片电容粘接采用150℃导电银浆。这样可以在不同的温度区间操作，防止损坏芯片和造成可靠性下降等。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种多频段信号放大器，其特征在于，包括频段信息采集模块、标准频段信息存储模块、频段信息判断模块、频段匹配模块、多频段信号放大模块、放大信号采集模块、标准放大信号存储模块、放大信号判断模块和增益匹配模块；
所述频段信息判断模块分别与所述频段信息采集模块、标准频段信息存储模块、频段匹配模块连接；所述频段匹配模块、多频段信号放大模块、放大信号采集模块依次连接；所述放大信号判断模块分别与所述放大信号采集模块、标准放大信号存储模块、增益匹配模块连接；
其中，所述频段信息采集模块用于采集输入信号的实时频段信息；
所述标准频段信息存储模块用于存储各个设定的标准频段信息；
所述频段信息判断模块用于判断所述实时频段信息与所述标准频段信息是否匹配，即实时频段是否符合设定的标准频段，若符合，则将该实时频段的输入信号发送至频段匹配模块；其中，所述频段信息判断模块通过其常用判断单元将所述实时频段信息与所述标准频段信息进行第一次实时频段匹配判断，若第一次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息匹配，则以第一次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，若第一次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息不匹配，则暂存第一次实时频段匹配判断结果，并且，所述频段信息判断模块通过其备用判断单元将所述实时频段信息与所述标准频段信息进行第二次实时频段匹配判断，若第二次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息匹配，则以第二次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，若第二次实时频段匹配判断结果为所述实时频段信息与所述标准频段信息不匹配，则以第一次实时频段匹配判断结果作为实际的实时频段匹配判断结果，并舍弃第二次实时频段匹配判断结果；其中，所述常用判断单元与所述备用判断单元均为用于实时频段匹配判断的相互独立的单元；
所述频段匹配模块用于将符合标准频段的输入信号匹配到对应的多频段信号放大模块；
所述多频段信号放大模块用于对所述频段匹配模块发送来的输入信号进行信号放大；
所述放大信号采集模块用于采集多频段信号放大模块输出的实时放大信号；
所述标准放大信号存储模块用于存储各个频段对应的标准放大信号；
所述放大信号判断模块用于判断所述实时放大信号与所述标准放大信号是否匹配，当所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配时，所述放大信号判断模块将所述实时放大信号发送至增益匹配模块；
所述增益匹配模块接收所述实时放大信号并进行相应的增益匹配后进行输出。
2.如权利要求1所述的一种多频段信号放大器，其特征在于，所述放大信号判断模块判断所述实时放大信号与所述标准放大信号是否匹配时，具体如下：
所述放大信号判断模块通过其主判断单元将所述实时放大信号与所述标准放大信号进行第一次放大信号匹配判断，若第一次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配，则以第一次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，若第一次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号不匹配，则暂存第一次放大信号匹配判断结果，并且，所述放大信号判断模块通过其副判断单元将所述实时放大信号与所述标准放大信号进行第二次放大信号匹配判断，若第二次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号匹配，则以第二次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，若第二次放大信号匹配判断结果为所述实时放大信号与所述标准放大信号不匹配，则以第一次放大信号匹配判断结果作为实际的放大信号匹配判断结果，并舍弃第二次放大信号匹配判断结果；其中，所述主判断单元与所述副判断单元均为用于放大信号匹配判断的相互独立的单元。
3.如权利要求1所述的一种多频段信号放大器，其特征在于，所述多频段信号放大模块采用GaN信号放大芯片。
4.如权利要求3所述的一种多频段信号放大器，其特征在于，所述增益匹配模块采用IPD芯片。
5.如权利要求4所述的一种多频段信号放大器，其特征在于，IPD芯片的基片衬底设计为：先用氮化铝材料的陶瓷基片做为IPD芯片电路的衬底，表面镀金4um。
6.如权利要求5所述的一种多频段信号放大器，其特征在于，将GaN信号放大芯片与IPD芯片进行微组装加工处理。
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