CN113872632B - 一种单正压控制的全收发集成单片电路及其收发控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单正压控制的全收发集成单片电路及其收发控制方法，包括：功率放大器电路，低噪声放大器电路和微波毫米波开关电路；所述功率放大器电路和低噪声放大器电路均与微波毫米波开关电路连接。本发明可以有效的缩减控制接口，提高收发全集成芯片的易用性，降低系统应用的功耗、体积、成本。

Description

一种单正压控制的全收发集成单片电路及其收发控制方法

技术领域

本发明属于单片微波集成电路（MMIC）领域。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，移动通信频段逐渐向微波、毫米波段演进，收发芯片的高密度集成需求十分迫切。

基于单片电路实现的开关具有体积小，工作带宽较宽等优点，特别适合TDD通信系统，且易与功率放大器、低噪声放大器实现单片集成。

目前，功率放大器、低噪声放大器、开关单片集成的全收发芯片，通常需要双路控制信号，芯片接口数量较多；而在耗尽型晶体管工艺中，该控制信号往往是负电压，实际的系统应用还需要额外的负压产生装置，带来了极大的应用难度。

参考图1所示，为一种典型的传统全收发集成单片电路结构，包含单刀双掷开关电路100、功率放大器电路110、低噪声放大器120。为了满足发射通道与接收通道的隔离度要求，需要采用多级串并联结构交替的电路结构，发射支路上设置并联开关管101、串联开关管102等，接收支路上设置串联开关管104、并联开关管103等。当芯片选择发射模式时，V1置为低电平，V2置为高电平，此时发射信号从发射功放输入端到达公共端输出；当芯片选择接收模式时，V1置为高电平，V2置为低电平，此时接收信号从公共端输入到达接收低噪放输出。如果芯片采用耗尽型晶体管，控制信号V1、V2的低电平则为负电压，影响系统使用。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种单正压控制的全收发集成电路。

技术方案：本发明提供了一种单正压控制的全收发集成单片电路，其特征在于，包括微波毫米波开关电路，功率放大器电路和低噪声放大器电路；所述功率放大器电路和低噪声放大器电路均与微波毫米波开关电路连接。

进一步的，所述微波毫米波开关电路为受单个正压信号控制的单刀双掷开关电路。

进一步的，所述功率放大器电路包括功率放大器，所述功率放大器的输入端作为全收发集成电路的输入端，输出端连接微波毫米波开关电路；所述功率放大器的正电源端连接第一直流电源VD1，负电源端连接第二直流电源VG1。

进一步的,所述低噪声放大器电路包括低噪声放大器和第一耗尽型场效应开关晶体管；所述微波毫米波开关电路包括相互连接的并联型开关电路和串联型开关电路；所述并联型开关电路包括第一、二电容和第二耗尽型场效应开关晶体管；所述串联型开关电路包括第三，四电容和第三耗尽型场效应开关晶体管；

所述第一电容的一端连接功率放大器电路和第三电容的一端，所述第三电容的一端作为全收发集成电路的公共端；所述第一电容的另外一端连接第二耗尽型场效应开关晶体管的漏极，所述第二耗尽型场效应开关晶体管的源极通过第二电容接地；所述第三电容的另外一端连接第三耗尽型场效应开关晶体管的源极，所述第三耗尽型场效应开关晶体管的漏极通过第四电容连接低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的正电源端连接第一耗尽型场效应开关晶体管的源极，所述第一耗尽型场效应开关晶体管的漏极连接第三直流电源VD2，所述第三直流电源VD2还与第二耗尽型场效应开关晶体管的源极以及第三耗尽型场效应开关晶体管的漏极连接；所述第一～三耗尽型场效应开关晶体管的栅极分别连接外部控制信号；所述低噪声放大器的负电源端连接第四直流电源VG2；所述低噪声放大器的输出端为全收发集成电路的输出端。

进一步的，信号发射：设置外部控制信号VC为低电平，第一~三耗尽型场效应开关晶体管均处于关断状态，此时全收发集成单片电路工作在发射模式，射频信号通过功率放大器电路放大后到达公共端，公共端对信号进行发射；

信号接收：设置外部控制信号VC=VD2，第一～三耗尽型场效应开关晶体管均处于开通状态，此时全收发集成单片电路工作在接收模式，射频信号通过功率放大器电路，公共端以及串联型开关电路，到达低噪声放大器电路，低噪声放大器电路对射频信号进行放大后输出。

有益效果：

1、本发明提出的一种单正压控制的全收发集成单片电路，相比传统方案不需要双路负电压控制信号，可以有效缩减控制接口，提高收发全集成芯片的易用性，降低其系统应用的功耗、体积和成本。

2、本发明简化了开关电路结构，在发射支路和接收支路分别实施并联型开关和串联型开关，使单刀双掷开关可受单个控制信号实现状态转换。同时发射支路采用并联型开关可以有效降低损耗，提升输出功率；接收支路采用串联型开关以维持其与发射通道的隔离度。

3、本发明在低噪声放大器的正电源端上串联开关，保证在接收支路关断时，信号无法经过低噪声放大器放大，进一步改善了接收支路与发射通道的隔离度，达到与传统串并联结构开关同样的效果。

4、本发明利用收发一体单片中低噪声放大器正电源端的直流供电电压同时作为开关电路晶体管的直流偏置电压，在不增加供电端口的前提下，将开关电路中耗尽型场效应晶体管的控制信号转变为正电压。

附图说明

图1为传统微波毫米波全收发集成单片电路拓扑结构；

图2为本发明的电路拓扑结构。

附图标记说明：100：传统全收发集成单片电路中的单刀双掷开关电路，101：传统全收发集成单片电路中发射支路上的并联开关管；102:传统全收发集成单片电路中发射支路上的串联开关管；103：传统全收发集成单片电路中接收支路上的并联开关管；104：传统全收发集成单片电路中接收支路上的串联开关管；110：传统全收发集成单片电路中的功率放大器电路；120：传统全收发集成单片电路中的低噪声放大器电路；200：本发明的微波毫米波开关电路；201：第二耗尽型场效应开关晶体管；202：第一电容；203:第二电容；204：第三耗尽型场效应开关晶体管；205：第三电容；206：第四电容；210：本发明的功率放大器电路；220：本发明低噪声放大器电路； 221：第一耗尽型场效应开关晶体管。

具体实施方式

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

如图2所示，为本实施例所述的一种单正压控制的全收发集成电路，电路中用于信号放大和开关状态的耗尽型场效应开关晶体管均采用耗尽型HEMT管，但不仅限于此。

微波毫米波开关电路200、功率放大器电路210、低噪声放大器电路220组成了该全收发集成单片电路。在微波毫米波开关电路200的发射支路上，耗尽型场效应开关晶体管201的源、漏两端各串联隔直电容202、203作为并联型开关结构，且耗尽型场效应开关晶体管201源端与偏置电压VD2相连，栅极受外部控制信号VC控制；在微波毫米波开关电路200的接收支路上，耗尽型场效应开关晶体管204的源、漏两端各串联隔直电容205、206作为串联型开关结构，耗尽型场效应开关晶体管204源端与低噪声放大器电路的偏置电压VD2相连，栅极受外部控制信号VC控制；在低噪声放大器220的正电源端，串联耗尽型场效应开关晶体管221，耗尽型场效应开关晶体管221的栅极受控制信号VC控制。

电容202、203、205、206起到隔断直流信号的作用，同时其对交流信号具有分压的作用，可以降低电路对耗尽型场效应开关晶体管201、204功率容量的需求。

所述电路200中，耗尽型场效应开关晶体管201、204作为有源开关器件，通过控制电压工作在开启和关断状态。

芯片工作时，首先提供偏置电压VG1、VG2、VD1、VD2，此时耗尽型场效应开关晶体管201、204、221的漏极电压抬高。当VC=0V时，耗尽型场效应开关晶体管201、204、221的栅源电压VGS=-VD2，远远小于晶体管开启阈值电压，均处于关断状态，此时单片电路工作为发射模式，射频信号经功率放大器电路210放大，到达公共端输出。此时由于接收支路的串联耗尽型场效应开关晶体管204关断，信号基本不会进入接收支路，且低噪声放大器电路220的正电源端电压被耗尽型场效应开关晶体管221截断，隔离度进一步提升；当VC=VD2时，耗尽型场效应开关晶体管201、204、221的栅源电压VGS=0V，大于晶体管开启阈值电压（耗尽型HEMT管，其阈值电压为负值），均处于打开状态，此时单片电路工作为接收模式，信号自接收支路（公共端和串联型开关结构组成接收支路），再经低噪声放大器电路220放大，到达低噪声放大器电路，由低噪声放大器电路输出端输出。此时并联型开关结构避免射频信号从发射支路（并联型开关结构和公共端组成发射支路）泄露。

本实施例的单片集成电路，综合考虑工作频段、功率、效率、一致性、成品率、成本，以适当的半导体技术制造，其晶圆采用GaAs或GaN材料作为基片，但不仅限于此。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (2)

1.一种单正压控制的全收发集成单片电路，其特征在于，包括微波毫米波开关电路，功率放大器电路和低噪声放大器电路；所述功率放大器电路和低噪声放大器电路均与微波毫米波开关电路连接；

所述低噪声放大器电路包括低噪声放大器和第一耗尽型场效应开关晶体管；所述微波毫米波开关电路包括相互连接的并联型开关电路和串联型开关电路；所述并联型开关电路包括第一、二电容和第二耗尽型场效应开关晶体管；所述串联型开关电路包括第三，四电容和第三耗尽型场效应开关晶体管；

所述功率放大器电路包括功率放大器，所述功率放大器的输入端作为全收发集成电路的输入端，输出端连接微波毫米波开关电路；所述功率放大器的正电源端连接第一直流电源VD1，负电源端连接第二直流电源VG1；

所述第一电容的一端连接功率放大器电路和第三电容的一端，且第三电容的该端作为全收发集成电路的公共端；所述第一电容的另外一端连接第二耗尽型场效应开关晶体管的漏极，所述第二耗尽型场效应开关晶体管的源极通过第二电容接地；所述第三电容的另外一端连接第三耗尽型场效应开关晶体管的源极，所述第三耗尽型场效应开关晶体管的漏极通过第四电容连接低噪声放大器的输入端，所述低噪声放大器的正电源端连接第一耗尽型场效应开关晶体管的源极，所述第一耗尽型场效应开关晶体管的漏极，第二耗尽型场效应开关晶体管的源极以及第三耗尽型场效应开关晶体管的漏极均连接第三直流电源VD2；所述第一～三耗尽型场效应开关晶体管的栅极分别连接外部控制信号；所述低噪声放大器的负电源端连接第四直流电源VG2；所述低噪声放大器的输出端为全收发集成电路的输出端。

2.基于权利要求1所述的电路对信号进行收发控制的方法，其特征在于，信号发射：设置外部控制信号VC为低电平，第一~三耗尽型场效应开关晶体管均处于关断状态，此时全收发集成单片电路工作在发射模式，射频信号通过功率放大器电路放大后到达公共端，公共端对信号进行发射；

信号接收：设置外部控制信号VC=VD2，第一～三耗尽型场效应开关晶体管均处于开通状态，此时全收发集成单片电路工作在接收模式，射频信号通过功率放大器电路，公共端以及串联型开关电路，到达低噪声放大器电路，低噪声放大器电路对射频信号进行放大后输出。

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