CN114567151B - GaAs工艺驱动电路的改善方法、电路、开关、芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GaAs工艺驱动电路的改善方法、电路、开关、芯片，属于微波集成电路领域，包括：步骤一，针对GaAs ED工艺的驱动电路，在其“0V”电压信号输出端连接第一电阻R1，在其“‑5V”电压信号输出端连接第一电阻R2；通过连接所述第一电阻R1和第二电阻R2输出GaAsED工艺的驱动电路的互补信号。步骤二，将所述互补信号作用于微波开关管的栅极，0V使开关管导通，‑5V使开关管关断，实现“开关”功能。本发明可以提高驱动器输出0V电压精度，使得微波开关获得更佳的微波性能。

Description

GaAs工艺驱动电路的改善方法、电路、开关、芯片

技术领域

本发明涉及微波集成电路领域，更为具体的，涉及一种GaAs工艺驱动电路的改善方法、电路、开关、芯片。

背景技术

微波数控衰减芯片、数控移相芯片、数控延时芯片和幅相多功能芯片是微波集成电路芯片，在许多领域都有广泛的应用，如卫星通信、雷达系统及相控阵天线阵列等。这些芯片多采用微波开关进行通道选择，进而实现不同衰减量、相移量或延时量改变的功能。控制开关切换则需要驱动器完成单路控制信号到双路互补信号的转换，一般常见的是将TTL信号转换为0V/-5V的双路互补信号。

实现上述电路衰减、移相或延时电路一般有两种方法：一是采用独立的数控衰减、移相、延时芯片，然后外加独立的驱动电路芯片，这种驱动器一般采用CMOS工艺。第二是驱动电路直接集成在微波芯片上，第二种方法随着电子设备小型化需求的不断提高以及半导体工艺的发展而应用越来越多。目前GaAspHEMT工艺具备耗尽型/增强型器件，可以将驱动电路直接集成在GaAs的微波芯片上。

目前，现有GaAs的微波芯片技术中，例如CN111010164A的中国专利申请公开了一种基于GaAs工艺的输出缓冲电路，包括第一电阻、第二电阻、第一至第四PHEMT管、第一至第五肖特基二极管；第一电阻在输入信号为-5V时发挥作用，从而开启第二PHEMT管与第三PHEMT管，将下拉路径打开；第二电阻在输入信号为-4.2V时发挥作用，开启第四PHEMT管，将上拉路径打开。此种电路将输入电平充电至相对应的所需电平，起到电平位移以及电流驱动的作用，同时使输出电路的切换时间相对较小，从而满足系统高性能的要求，保证了芯片的安全可靠性。

CN113098403A的中国专利申请公开了一种基于GaAspHEMT工艺的超宽带低电流驱动放大器，其包括信号输入端、信号输出端、共源共栅放大单元、电流复用放大单元、输入匹配单元、输出匹配单元、自偏置电路以及电流复用电路；还包括位于共源共栅放大单元和电流复用放大单元之间的级间匹配单元、位于输入匹配单元和级间匹配单元之间的第一反馈电路、以及位于级间匹配单元和输出匹配单元之间的第二反馈电路；共源共栅放大单元中的晶体管PHEMT1的源极与自偏置电路相连；电流复用放大单元中的晶体管PHEMT3的源极与电流复用电路相连。在实现低功耗的同时，兼顾了驱动放大器的高增益和稳定性能，可靠性高。

CN111682866A的中国专利申请公开了一种新型输出电流可调的GaAs开关驱动电路，包括输入缓冲器电路，控制电路，输出缓冲器电路；输入缓冲器电路将输入控制信号转换为互补的两路信号进行缓冲放大；输入缓冲器与输出缓冲器之间通过双端互补输入双端互补输出相连接；控制电路与输出缓冲器电路相连接；输出缓冲器包含负载电流切换电路，通过调节负载电流的大小，来达到提高驱动能力与降低电路功耗的作用。

可见，关于驱动电路的输出电压精度、微波开关性能、微波集成电路芯片的性能提升，是本领域人员持续的技术追求，本发明的目的是进一步改进现有技术，实现性能提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种GaAs工艺驱动电路的改善方法、电路、开关、芯片，可以提高驱动器输出0V电压精度，使得微波开关获得更佳的微波性能等。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种GaAs工艺驱动电路的改善方法，包括步骤：

步骤一，针对GaAs ED工艺的驱动电路，在其“0V”电压信号输出端连接第一电阻R1，在其“-5V”电压信号输出端连接第一电阻R2；通过连接所述第一电阻R1和第二电阻R2输出GaAs ED工艺的驱动电路的互补信号。

进一步地，在步骤一之后，包括步骤：

步骤二，将所述互补信号作用于微波开关管的栅极，0V使开关管导通，-5V使开关管关断，实现“开关”功能。

进一步地，所述第一电阻R1和第二电阻R2均采用用GaAs工艺的体电阻。

一种GaAs工艺驱动电路，包括GaAs ED工艺的驱动电路和在其“0V”电压信号输出端连接第一电阻R1形成V1输出端，以及在其“-5V”电压信号输出端连接第一电阻R2形成V2输出端。

进一步地，所述GaAs ED工艺的驱动电路包括TTL输入端和-5V电源输入端，所述GaAs ED工艺的驱动电路将单路TTL信号转换成互补的0V/-5V电压信号。

一种微波开关，包括微波开关管和如权利要求4所述的GaAs工艺驱动电路，微波开关管的栅极与V1输出端、V2输出端连接。

一种微波数控衰减芯片，设有如上所述的微波开关。

一种数控移相芯片，设有如上所述的微波开关。

一种数控延时芯片，设有如上所述的微波开关。

一种幅相多功能芯片，设有如上所述的微波开关。

本发明的有益效果包括：

本发明可以提高驱动器输出0V电压精度，使得微波开关获得更佳的微波性能，提高微波数控衰减芯片、数控移相芯片、数控延时芯片和幅相多功能芯片的开关性能，降低损耗。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为现有的GaAs ED工艺驱动电路原理图；

图1b为本发明带电阻的GaAs ED工艺驱动电路原理图；

图2为本发明驱动器输出0V电平与负载关系；

图3为本发明开关管导通插损与栅极电压的变化关系；

图4为本发明实施例中某3bit数控衰减器基态损耗情况对比；

图5为本发明实施例中某3bit数控衰减器实例。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

下面根据附图1b、图2～图5，对本发明的技术构思、解决的技术问题、工作原理、工作过程和有益效果作进一步详细、充分地说明。

本发明发现了如下技术问题：图1a是常见的GaAs ED工艺的驱动电路，实际使用中发现，由于GaAs工艺开关管栅极输入阻抗特别大，会导致驱动器输出“0”电压偏离理想0V，由于驱动器是-5V电源电路，实际输出“0”电压一般被拉低到-100mV～-250mV，这样导致开关管在导通状态等效电阻增大，损耗增大。

本发明实施例旨在解决上述发现的技术问题，在具体实施例中设计如图1b中所示的GaAs ED工艺驱动电路结构，其包括负载电阻R1、R2。GaAs ED工艺驱动器在输出阻抗过大的条件下(大于2MOhm，不同工艺具体阻抗值或有差异)，输出“0”电压时，实际电压会被拉低到低于-250mV(典型值)，见图2。该电压的偏移会造成微波开关管导通阻抗增大，性能恶化的问题。电阻R1、R2实现提供适当的负载，在不影响驱动器驱动能力的条件下，改善“0”电压输出电压精度，目前尚未发现有使用该结构的GaAs ED工艺的芯片。

GaAs ED工艺的驱动电路可以是常规的驱动电路结构，例如包括E-mode逻辑晶体管、D-mode逻辑晶体管以及薄膜电阻。GaAs ED工艺的驱动电路作用是提供将单路TTL信号转换成互补的0V/-5V电压信号。该互补信号作用于D-mode微波开关管的栅极，0V开关管导通，-5V使开关管关断，实现“开关”功能。由于能够改善输出电压精度较差的问题，提高驱动器输出0V电压精度，因此可以使得微波开关获得更佳的微波性能。下面是对本发明技术效果的验证：

某GaAs ED25工艺开关管在不同栅极电压情况下导通态的损耗情况(图3)。可见0V电压从偏移0.2以上，对插损有较大影响。

某3bit数控衰减器基态损耗情况，当使用本发明负载电阻与未电阻指标进行对比(见图4)，整体插损改善约0.6dB。

使用某GaAs ED25工艺，设计了DC-18GHz的3位数控衰减器(图5)，驱动器输出使用下拉电阻(30kOhm)改善“0”电压精度，降低了损耗约0.6dB。同时，该电阻使用GaAs工艺的体电阻，布局灵活，可方便的在芯片空白区域进行放置。

实施例1

一种GaAs工艺驱动电路的改善方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，针对GaAs ED工艺的驱动电路，在其“0V”电压信号输出端连接第一电阻R1，在其“-5V”电压信号输出端连接第一电阻R2；通过连接所述第一电阻R1和第二电阻R2输出GaAs ED工艺的驱动电路的互补信号。

实施例2

在实施例1的基础上，在步骤一之后，包括步骤：

步骤二，将所述互补信号作用于微波开关管的栅极，0V使开关管导通，-5V使开关管关断，实现“开关”功能。

实施例3

在实施例1的基础上，所述第一电阻R1和第二电阻R2均采用用GaAs工艺的体电阻。

一种GaAs工艺驱动电路，包括GaAs ED工艺的驱动电路和在其“0V”电压信号输出端连接第一电阻R1形成V1输出端，以及在其“-5V”电压信号输出端连接第一电阻R2形成V2输出端。

实施例5

在实施例4的基础上，所述GaAs ED工艺的驱动电路包括TTL输入端和-5V电源输入端，所述GaAs ED工艺的驱动电路将单路TTL信号转换成互补的0V/-5V电压信号。

实施例6

一种微波开关，包括微波开关管和如实施例4所述的GaAs工艺驱动电路，微波开关管的栅极与V1输出端、V2输出端连接。

实施例7

一种微波数控衰减芯片，设有实施例6所述的微波开关。

实施例8

一种数控移相芯片，设有实施例6所述的微波开关。

实施例9

一种数控延时芯片，设有实施例6所述的微波开关。

实施例10

一种幅相多功能芯片，设有实施例6所述的微波开关。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的细节和其他的技术条件等。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1. 一种GaAs ED工艺驱动电路的改善方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，针对GaAs ED工艺的驱动电路，在其“0V”电压信号输出端连接第一电阻R1，在其“-5V”电压信号输出端连接第二电阻R2；通过连接所述第一电阻R1和第二电阻R2输出GaAs ED工艺的驱动电路的互补信号；

步骤二，将所述互补信号作用于微波开关管的栅极，0V使开关管导通，-5V使开关管关断，实现“开关”功能。

2. 根据权利要求1所述的GaAs ED工艺驱动电路的改善方法，其特征在于，所述第一电阻R1和第二电阻R2均采用用GaAs ED工艺的体电阻。

3. 一种GaAs ED工艺驱动电路，其特征在于，包括GaAs ED工艺的驱动电路和在其“0V”电压信号输出端连接第一电阻R1形成V1输出端，以及在其“-5V”电压信号输出端连接第二电阻R2形成V2输出端；通过连接所述第一电阻R1和第二电阻R2输出GaAs ED工艺的驱动电路的互补信号；将所述互补信号作用于微波开关管的栅极，0V使开关管导通，-5V使开关管关断，实现“开关”功能。

4. 根据权利要求3所述的GaAs ED工艺驱动电路，其特征在于，所述GaAs ED工艺的驱动电路包括TTL输入端和-5V电源输入端，所述GaAs ED工艺的驱动电路将单路TTL信号转换成互补的0V/-5V电压信号。

5. 一种微波开关，其特征在于，包括微波开关管和如权利要求4所述的GaAs ED工艺驱动电路，微波开关管的栅极与V1输出端、V2输出端连接。

6.一种微波数控衰减芯片，其特征在于，设有权利要求5所述的微波开关。

7.一种数控移相芯片，其特征在于，设有权利要求5所述的微波开关。

8.一种数控延时芯片，其特征在于，设有权利要求5所述的微波开关。

9.一种幅相多功能芯片，其特征在于，设有权利要求5所述的微波开关。