CN112953407A

CN112953407A - 一种w波段可滤波结构的低噪声放大器芯片

Info

Publication number: CN112953407A
Application number: CN202110233638.XA
Authority: CN
Inventors: 牟聪; 刘强; 孟一宁
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2021-03-03
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明设计一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片，包括GaAs基片，所述GaAs基片上有第一级放大电路与第二级放大电路，第一级电路与第二级电路级联起来，其中所述第一级放大电路从左到右包括输入GSG(Ground‑Singel‑Ground)、输入匹配电路，T型匹配电路，栅极偏置电路，电阻电容并联滤波电路，第一GaAs FET管组、GaAs FET管组源级串联电感接地结构、T型匹配电路以及漏级偏置电路。所述第二级放大电路与第一级放大电路类似。所述第一级放大电路与第二级放大电路之间通过级间匹配电路连接。本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片，较于以往芯片结构，提出一种RC并联结构，能够很好的抑制低频信号，达到滤波的效果。

Description

一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片

技术领域

本发明涉及射频低噪声功率放大器技术领域，具体涉及一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片。

技术背景

近年来，无线通信技术获得了前所未有的进步，而随着器件的集成度越来越高，向更高频率的拓展成为了时代的趋势。射频低噪声放大器(Low Noise Amplifier)作为无线接收机前端的第一个有源级，在很大程度上决定了接收系统的性能，并且在W波段系统中得到了广泛的应用，涉及毫米波成像、雷达、通信等领域。

在W波段的收发机系统中，调试过程中或多或少会存在一些系统内带来了杂散以及无用信号，因此，能够滤波的低噪声放大器的研究具有重大意义。

在上述低噪声放大器芯片中，可滤波芯片大多采用了LC谐振电路，但是LC滤波的电路面积以及成本相对较高。在W波段不便于小型化设计。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片，较于以往芯片结构，提出一种RC并联结构，能够很好的抑制低频信号，达到滤波的效果。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片，包括GaAs基片，所述GaAs基片上有第一级放大电路与第二级放大电路，第一级电路与第二级电路级联起来，其中所述第一级放大电路从左到右包括输入GSG(Ground-Singel-Ground)、输入匹配电路，T型匹配电路，栅极偏置电路，电阻电容并联滤波电路，第一GaAsFET管组、GaAs FET管组源级串联电感接地结构、T型匹配电路以及漏级偏置电路。所述第二级放大电路从左到右包括输入滤波电容，T型匹配电路，栅极偏置电路，电阻电容并联滤波电路，第二GaAs FET管组、GaAs FET管组源级串联电感接地结构、T型匹配电路、漏级偏置电路以及输出GSG。所述第一级放大电路与第二级放大电路之间通过级间匹配电路连接。

上述输入匹配电路、输出匹配电路结构类似，通过匹配电感与隔直电容连接，起到提高射频输入输出信号的驻波系数，同时隔绝直流信号，保护射频信号的作用。

上述T型匹配电路由三个线圈电感组成，能够提高电路的稳定性，并联电阻电容结构能够消除直流电中较大的纹波。

上述电阻电容并联滤波电路，包括电阻与电容并联的结构然后与放大电路串联，能够减小低频信号的通过能力,增加高频信号的通过能力。该结构通过调节电阻电容值能够很好的适用于W波段。

上述级间GaAs FET管组源级串联电感接地结构，是一种常见的提高放大器稳定性的一种措施，FET管组通过源级串联电感和接地PAD相连。能够防止放大器在较低频段时由于自身结构不稳定产生自激影响放大器性能。

上述级间匹配电路由电阻电容并联的方式串联电感接地，相比于传统的LC级间匹配电路，这样的结构能够使低噪声放大器的带内增益更加平稳，同时也能滤除带外杂散和无用信号。

上述所有器件之间连接采用的传输线都为微带传输线(Microstrip line)，特性阻抗为50欧姆。

上述偏置电路分为栅极偏置电路和漏级偏置电路，都通过接地PAD和电容串联再与接地PAD相连。

本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：

(1)本申请多出采用了电容与电阻并联结构，能够减小低频信号的通过能力,增加高频信号的通过能力，同时具有滤除杂波的效果。相较于传统的LC滤波结构，本申请的滤波结构能够减小芯片的面积，较好的切合小型化的目的，能够很好的适用于W波段。

(2)本申请中采用的微带线的宽度为12um，长度为150um，使得输入输出GSG端口阻抗为50欧姆，符合芯片的设计原则；

(3)本申请中采用的GaAs FET管组的栅宽为50um，栅指数为2，能够承受较大的功率，符合射频低噪声放大器芯片设计的原则；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片版图示图；

图2为本发明提供的LC滤波结构与RC滤波结构等效示意图；

图3为本发明提供的整体拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片。

图1为本申请实施例中提供的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片版图。包括GaAs基片101，所述GaAs基片101包括第一级放大电路、第二级放大电路，所述第一级放大电路自左到右包括输入GSG201，输入匹配电路(电感501与电容601)，T型匹配电路(电感502、电感503、电感503组成的T型结构)，栅极偏置电路(电阻702、直流PAD301、电容609、接地PAD401)，电阻电容并联滤波电路(电阻701和电容602并联)，第一GaAs FET管组(GaAs FET管组801)，GaAs FET管组源级串联电感接地结构(电感505与接PAD406)，T型匹配电路(电感506、电感507、电感508)，漏级偏置电路(接地PAD303、电容607、接地PAD404)，第二级放大电路包括滤波电容604、T型匹配电路(电感510、电感511、电感512)，栅极偏置电路(电阻705、直流PAD302、电容608、接地PAD403)，电阻电容并联滤波电路(电阻706和电容605并联)，第二GaAs FET管组(GaAs FET管组802)，T型匹配电路(电感514、电感515、电感516)，漏级偏置电路(接地PAD304、电容606、接地PAD405)，输出GSG202。第一级放大电路和第二级放大电路之间通过级间匹配电路连接(电感509、电容603串联电阻703串联接地PAD402，电阻704串联接地PAD407)。

具体的，本申请中的电容与电阻并联的结构，如电阻701与点容602并联、电阻706与电容605并联，电阻704与电容电容603，能够减小低频信号的通过能力,增加高频信号的通过能力，同时具有滤除杂波的效果。相较于传统的LC滤波结构，本申请的滤波结构能够减小芯片的面积，较好的切合小型化的目的，能够很好的适用于W波段。

一些实施例中，所述输入端201采用GSG输入端，输出端采用GSG202输出端；

所述输入GSG201，输出GSG202构成低噪声放大器芯片的输入输出回路，上述所述GSG(201、202)均采用微波单片集成电路工艺中的0.15um GaAs pHEMT工艺制造，所述0.15um GaAs pHEM工艺中的GaAs衬底的介电常数为12.9，损耗角正切值为0.001，厚度为0.1mm；所述GaAs衬底上设有接地端口；所述输入输出GSG(201、202)中间到接地端口之间的距离为50um。

由上述内容可知，本发明提供的低噪声放大器是工作在W波段一种能够滤除杂散的放大器，相较于传统的低噪声放大器，LC的面积过大，成本高的问题得以解决。可广泛应用于有源相控阵雷达、多通道通信系统、W波段收发机系统等场合。

图2为本发明提供的LC滤波结构与RC滤波结构等效示意图，本发明提供的电阻电容并联之后再与电感串联的结构相较于LC串联结构，通过调节电阻，能够实现可控可调节的滤除杂散，滤除无用信号的目的。

图3为本发明提供的整体拓扑结构示意图，可知整个低噪声放大器由两级放大电路组成，拓扑结构清晰，结构简单，易于实现。

综上所述，本发明提供一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片，本发明包括两级放大电路，包括第一级放大电路与第二级放大电路，第一级电路与第二级电路级联起来，其中所述第一级放大电路从左到右包括输入GSG(Ground-Singel-Ground)、输入匹配电路，T型匹配电路，栅极偏置电路，电阻电容并联滤波电路，第一GaAs FET管组、GaAs FET管组源级串联电感接地结构、T型匹配电路以及漏级偏置电路。所述第二级放大电路从左到右包括输入滤波电容，T型匹配电路，栅极偏置电路，电阻电容并联滤波电路，第二GaAs FET管组、GaAs FET管组源级串联电感接地结构、T型匹配电路、漏级偏置电路以及输出GSG。所述第一级放大电路与第二级放大电路之间通过级间匹配电路连接。

可以理解的是，上述提供的系统实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种W波段可滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于，包括：GaAs基片，所述GaAs基片上有第一级放大电路与第二级放大电路，第一级电路与第二级电路级联起来，其中所述第一级放大电路从左到右包括输入GSG(Ground-Singel-Ground)、输入匹配电路，T型匹配电路，栅极偏置电路，电阻电容并联滤波电路，第一GaAs FET管组、GaAs FET管组源级串联电感接地结构、T型匹配电路以及漏级偏置电路。所述第二级放大电路从左到右包括输入滤波电容，T型匹配电路，栅极偏置电路，电阻电容并联滤波电路，第二GaAs FET管组、GaAsFET管组源级串联电感接地结构、T型匹配电路、漏级偏置电路以及输出GSG。所述第一级放大电路与第二级放大电路之间通过级间匹配电路连接。

2.根据权利要求1所述的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于：上述输入匹配电路、输出匹配电路结构类似，通过匹配电感与隔直电容连接，起到提高射频输入输出信号的驻波系数，同时隔绝直流信号，保护射频信号的作用。

3.根据权利要求1所述的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于：上述T型匹配电路由三个线圈电感组成，能够提高电路的稳定性，并联电阻电容结构能够消除直流电中较大的纹波。

4.根据权利要求1所述的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于：上述电阻电容并联滤波电路，包括电阻与电容并联的结构然后与放大电路串联，能够减小低频信号的通过能力,增加高频信号的通过能力。该结构通过调节电阻电容值能够很好的适用于W波段。

5.根据权利要求1所述的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于：上述级间GaAs FET管组源级串联电感接地结构，是一种常见的提高放大器稳定性的一种措施，FET管组通过源级串联电感和接地PAD相连。能够防止放大器在较低频段时由于自身结构不稳定产生自激影响放大器性能。

6.根据权利要求1所述的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于：上述级间匹配电路由电阻电容并联的方式串联电感接地，相比于传统的LC级间匹配电路，这样的结构能够使低噪声放大器的带内增益更加平稳，同时也能滤除带外杂散和无用信号。

7.根据权利要求1所述的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于：所述所有器件之间连接采用的传输线都为微带传输线(Microstrip line)，特性阻抗为50欧姆。

8.根据权利要求1所述的W波段可控滤波结构的低噪声放大器芯片，其特征在于：上述偏置电路分为栅极偏置电路和漏级偏置电路，都通过接地PAD和电容串联再与接地PAD相连。

9.根据权利要求1所述的Ka波段的慢波结构开关芯片，其特征在于：所述输入端采用GSG输入端，输出端采用GSG输出端。

10.所述GSG输入端、GSG输出端均采用微波单片集成电路工艺中的0.15um GaAs pHEMT工艺制造，所述0.15um GaAs pHEM工艺中的GaAs衬底的介电常数为12.9，损耗角正切值为0.001，厚度为0.1mm；所述GaAs衬底上设有接地端口；所述GSG输入、GSG输出中间到接地0端口之间的距离为50um。