CN115296627B - 一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GaAs Bi‑Hemt工艺的宽带放大器芯片，属于集成电路技术领域，包括第一Lange电桥、第二Lange电桥、第一高增益分布式放大器和第二高增益分布式放大器；本发明可以在宽带内实现高功率；本发明中采用的平衡式结构、分布式结构、共源共栅结构和达林顿结构均可拓展工作带宽，从而整个放大器可以实现超宽带匹配和高增益；分布式放大器可实现输出较高的功率，信号经两个完全相同的高增益分布式放大器放大，再经Lange电桥耦合，实现了在分布式放大器输出较高功率后，整个芯片功率又提高了一倍，因此在宽带内实现了高功率和优良的驻波。

Description

一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片。
背景技术
在设计功率放大器时，为了满足高功率输出，往往需要做最佳功率点匹配，从而会牺牲带宽和驻波。尤其是在频率较高时，由于增益带宽积一定，所以在较高的频段既要实现高功率又要实现高增益是一项相当具有挑战性的工作。进一步的，在通信系统中，非线性失真是放大器设计中一个非常重要的考量因素。为了使信号不失真，对功率放大器不仅有高功率要求，还需要放大器具有较高的线性度。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片。
本发明的技术方案是：一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片包括第一Lange电桥、第二Lange电桥、第一高增益分布式放大器和第二高增益分布式放大器；
第一Lange电桥的输入端作为宽带高功率放大器芯片的射频输入端，其第一输出端与第二高增益分布式放大器的第一输入端连接，其第二输出端与第一高增益分布式放大器的第一输入端连接；
第二Lange电桥的输出端作为宽带高功率放大器芯片的射频输出端，其第一输入端与第二高增益分布式放大器的输出端连接，其第二输入端与第一高增益分布式放大器的输出端连接；
第一高增益分布式放大器的第二输入端与第二高增益分布式放大器的第二输入端连接。
本发明的有益效果是：
（1）本发明可以在宽带内实现高功率；本发明中采用的平衡式结构、分布式结构、共源共栅结构和达林顿结构均可拓展工作带宽，从而整个放大器可以实现超宽带匹配；分布式放大器可实现输出较高的功率，信号经两个完全相同的高增益分布式放大器放大，再经Lange电桥耦合，实现了在分布式放大器输出较高功率后，整个芯片功率又提高了一倍，因此在宽带内实现了高功率和优良的驻波；
（2）本发明可以在宽带内实现高增益和高线性；本发明采用的单端放大器的特点是每个分布式子网络采用嵌套了达林顿管的共源共栅结构，因此其不仅具有分布式结构的宽带和高功率的特性，还获得了高增益和高线性输出能力，且能避免集成电路工艺的低击穿电压特性，提高了电路的稳定性与可靠性。
（3）本发明采用了具有温补效应和自适应线性化特性的偏置结构；分布式结构中的HBT管采用了具有抑制自热效应、温度稳定和阻抗可控的线性化偏置控制电路结构。该电路不但可以使分布式电路中的HBT晶体管的偏置点随输入信号功率大小而调整变化，在效率和线性度之间取得良好的折中，又可同时实现线性化和温度稳定的目的。
（4）本发明放大器具有装配镜像功能；本发明两个单端放大器馈电端连接在一起，并在馈电处创新性地引出两组馈电端口，只需一端馈电时另一端保持悬空，即上下可选供电，这样可使芯片的使用装配更具灵活性。
进一步地，第一Lange电桥包括接地电阻Rp1、微带线L1、微带线L2、微带线L3、微带线L4、微带线L5、微带线L6、微带线L7、微带线L8和微带线TL1；
微带线TL1的一端作为第一Lange电桥的输入端，其另一端分别与微带线L1的一端和微带线L3的一端连接；微带线L1的另一端分别与微带线L3的另一端、微带线L6的一端和微带线L8的一端连接；微带线L2的一端作为第一Lange电桥的第二输出端，并和微带线L4的一端连接；微带线L2的另一端和微带线L5的一端连接；微带线L4的另一端和微带线L7的一端连接；微带线L5的另一端分别与接地电阻Rp1和微带线L7的另一端连接；微带线L6的另一端作为第一Lange电桥的第一输出端，并和微带线L8的另一端连接。
进一步地，第一高增益分布式放大器包括电阻Rg1、电阻Rg2、接地电阻Rg3、电阻Rg4、电阻R1、接地电阻R2、接地电阻R3、接地电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、接地电阻R13、电阻R14、接地电容Cg1、电容Cg2、电容C1、接地电容C2、接地电容C3、接地电容C4、接地电容C5、接地电容C6、接地电容C7、电容C8、电感LQ1、电感LQ2、电感LQ3、电感LQ4、电感LQ5、电感LQ6、电感LQ7、电感LQ8、微带线TL2、三极管Hg1、三极管Hg2、三极管Hg3、三极管H1、三极管H2、三极管H3、场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5和场效应管M6；
电容C1的一端作为第一高增益分布式放大器的第一输入端，其另一端分别与电阻R1的一端、场效应管M1的栅极和电感LQ1的一端连接；三极管Hg1的基极分别与电阻Rg1的一端、电阻Rg2的一端、接地电容Cg1和三极管Hg2的集电极连接；三极管Hg1的集电极分别与电阻Rg1的另一端、电阻R14的一端、电阻R12的一端、电感LQ3的一端和电感LQ6的一端连接；电阻R14的另一端和接地电容C6连接；三极管Hg1的发射极分别与电容Cg2的一端和电阻Rg4的一端连接；三极管Hg2的基极和电阻Rg2的另一端连接；三极管Hg2的发射极分别与三极管Hg3的基极和三极管Hg3的集电极连接；三极管Hg3的发射极和接地电阻Rg3连接；电容Cg2的另一端分别与电阻Rg4的另一端、电阻R7的一端、电阻R9的一端和电阻R11的一端连接；电阻R1的另一端分别与电阻R12的另一端和接地电阻R13连接；三极管H1的基极和电阻R6的一端连接；电阻R6的另一端分别与接地电容C2和电阻R7的另一端连接；三极管H1的集电极和电感LQ3的另一端连接；三极管H1的发射极分别与场效应管M1的漏极和场效应管M2的漏极连接；三极管H2的基极和电阻R8的一端连接；电阻R8的另一端分别与接地电容C3和电阻R9的另一端连接；三极管H2的集电极和电感LQ4的一端连接；三极管H2的发射极分别与场效应管M3的漏极和场效应管M4的漏极连接；三极管H3的基极和电阻R10的一端连接；电阻R10的另一端分别与接地电容C4和电阻R11的另一端连接；三极管H3的集电极和电感LQ5的一端连接；三极管H3的发射极分别与场效应管M5的漏极和场效应管M6的漏极连接；电感LQ6的另一端分别与电感LQ4的另一端和电感LQ7的一端连接；电感LQ7的另一端分别与电感LQ5的另一端、电感LQ8的一端和电容C8的一端连接；电感LQ8的另一端作为第一高增益分布式放大器的第二输入端，并分别与接地电容C7和微带线TL2的一端连接；微带线TL2的另一端和馈电端口VD2连接；电容C8的另一端作为第一高增益分布式放大器的输出端；场效应管M1的源极分别与接地电阻R2和场效应管M2的栅极连接；场效应管M3的栅极分别与电感LQ1的另一端和电感LQ2的一端连接；场效应管M3的源极分别与接地电阻R3和场效应管M4的栅极连接；场效应管M5的栅极分别与电感LQ2的另一端和电阻R5的一端连接；场效应管M5的源极分别与接地电阻R4和场效应管M6的栅极连接；场效应管M2的源极、场效应管M4的源极和场效应管M6的源极均接地。
进一步地，第二高增益分布式放大器包括电阻Rg5、电阻Rg6、接地电阻Rg7、电阻Rg8、电阻 R15、接地电阻 R16、接地电阻 R17、接地电阻 R18、电阻 R19、电阻 R20、电阻R21、电阻 R22、电阻 R23、电阻 R24、电阻 R25、电阻 R26、电阻 R27、电阻 R28、接地电容Cg3、电容Cg4、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、接地电容C13、接地电容C14、接地电容C15、电容C16、电感LQ9、电感LQ10、电感LQ11、电感LQ12、电感LQ13、电感LQ14、电感LQ15、电感LQ16、微带线TL3、微带线TL4、三极管Hg4、三极管Hg5、三极管Hg6、三极管H5、三极管H6、三极管H8、场效应管M9、场效应管M10、场效应管M11、场效应管M12、场效应管M15和场效应管M16；
电容C9的一端作为第二高增益分布式放大器第一输入端，其另一端分别与电感LQ9的一端、场效应管M9的栅极和电阻R15的一端连接；场效应管M9的漏极分别与场效应管M10的漏极和三极管H15的发射极连接；场效应管M9的源极分别与接地电阻R16和场效应管M10的栅极连接；场效应管M11的栅极分别与电感LQ9的另一端和电感LQ10的一端连接；场效应管M11的漏极分别与场效应管M12的漏极和三极管H6的发射极连接；场效应管M11的源极分别与接地电阻R17和场效应管M12的栅极连接；场效应管M15的栅极分别与电感LQ10的另一端和电阻R25的一端连接；场效应管M15的漏极分别与场效应管M16的漏极和三极管H8的发射极连接；场效应管M15的源极分别与接地电阻R18和场效应管M16的栅极连接；场效应管M10的源极、场效应管M12的源极和场效应管M16的源极均接地；电阻R25的另一端和接地电容C13连接；三极管Hg4的基极分别与接地电容Cg3、电阻Rg6的一端、三极管Hg5的集电极和电阻Rg5的一端连接；三极管Hg4的集电极分别与电阻Rg5的另一端、电阻R26的一端、电感LQ11的一端、电感LQ13的一端和电阻R28的一端连接；电阻R28的另一端和接地电容C14连接；三极管Hg4的发射极分别与电容Cg4的一端和电阻Rg8的一端连接；三极管Hg5的基极和电阻Rg6的另一端连接；三极管Hg5的发射极分别与三极管Hg6的基极和三极管Hg6的集电极连接；三极管Hg6的发射极和接地电阻Rg7连接；三极管H5的基极和电阻R19的一端连接；电阻R19的另一端分别与电阻R20的一端和接地电容C10连接；三极管H5的集电极和电感LQ11的另一端连接；三极管H6的基极和电阻R21的一端连接；电阻R21的另一端分别与电阻R22的一端和接地电容C11连接；三极管H6的集电极和电感LQ12的一端连接；三极管H8的基极和电阻R23的一端连接；电阻R23的另一端分别与电阻R24的一端和接地电容C12连接；三极管H8的集电极和电感LQ16的一端连接；电感LQ13的另一端分别与电感LQ12的另一端和电感LQ14的一端连接；电感LQ14的另一端分别与电感LQ16的另一端、电感LQ15的一端和电容C16的一端连接；电容Cg4的另一端分别与电阻Rg8的另一端、电阻R20的另一端、电阻R22的另一端和电阻R24的另一端连接；电阻R15的另一端分别与电阻R26的另一端和接地电阻R27连接；电感LQ15的另一端分别与接地电容C15、微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；微带线TL4的另一端和馈电端口VD1连接；电容C16的另一端作为第二高增益分布式放大器的输出端；微带线TL3的另一端作为第二高增益分布式放大器的第二输入端。
上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，本发明中采用的单端放大器为高增益分布式放大器，其特点是每个分布式子网络采用嵌套了达林顿管的共源共栅结构，达林顿管的特点是放大倍数非常高，用其作为共源管放大，而共源共栅结构可以进一步提高增益，并具有较好的线性输出和较低的功耗；同时组成达林顿管的共源管采用pHEMT场效应管，共栅管采用HBT晶体管，电路能同时发挥出场效应管和三极管的优点。
进一步地，第二Lange电桥包括接地电阻Rp2、微带线L9、微带线L10、微带线L11、微带线L12、微带线L13、微带线L14、微带线L15、微带线L16和微带线TL5；
微带线TL5的一端作为第二Lange电桥的输出端，其另一端分别与微带线L9的一端和微带线L11的一端连接；微带线L9的另一端分别与微带线L11的另一端、微带线L14的一端和微带线L16的一端连接；微带线L10的一端作为第二Lange电桥的第一输入端，并和微带线L12的一端连接；微带线L10的另一端和微带线L13的一端连接；微带线L12的另一端和微带线L15的一端连接；微带线L13的另一端分别与接地电阻Rp2和微带线L15的另一端连接；微带线L14的另一端作为第二Lange电桥的第二输入端，并和微带线L16的另一端连接。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片，包括第一Lange电桥、第二Lange电桥、第一高增益分布式放大器和第二高增益分布式放大器；
第一Lange电桥的输入端作为宽带高功率放大器芯片的射频输入端，其第一输出端与第二高增益分布式放大器的第一输入端连接，其第二输出端与第一高增益分布式放大器的第一输入端连接；
第二Lange电桥的输出端作为宽带高功率放大器芯片的射频输出端，其第一输入端与第二高增益分布式放大器的输出端连接，其第二输入端与第一高增益分布式放大器的输出端连接；
第一高增益分布式放大器的第二输入端与第二高增益分布式放大器的第二输入端连接。
在本发明实施例中，如图2所示，第一Lange电桥包括接地电阻Rp1、微带线L1、微带线L2、微带线L3、微带线L4、微带线L5、微带线L6、微带线L7、微带线L8和微带线TL1；
微带线TL1的一端作为第一Lange电桥的输入端，其另一端分别与微带线L1的一端和微带线L3的一端连接；微带线L1的另一端分别与微带线L3的另一端、微带线L6的一端和微带线L8的一端连接；微带线L2的一端作为第一Lange电桥的第二输出端，并和微带线L4的一端连接；微带线L2的另一端和微带线L5的一端连接；微带线L4的另一端和微带线L7的一端连接；微带线L5的另一端分别与接地电阻Rp1和微带线L7的另一端连接；微带线L6的另一端作为第一Lange电桥的第一输出端，并和微带线L8的另一端连接。
在本发明实施例中，如图2所示，第一高增益分布式放大器包括电阻Rg1、电阻Rg2、接地电阻Rg3、电阻Rg4、电阻R1、接地电阻R2、接地电阻R3、接地电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、接地电阻R13、电阻R14、接地电容Cg1、电容Cg2、电容C1、接地电容C2、接地电容C3、接地电容C4、接地电容C5、接地电容C6、接地电容C7、电容C8、电感LQ1、电感LQ2、电感LQ3、电感LQ4、电感LQ5、电感LQ6、电感LQ7、电感LQ8、微带线TL2、三极管Hg1、三极管Hg2、三极管Hg3、三极管H1、三极管H2、三极管H3、场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5和场效应管M6；
电容C1的一端作为第一高增益分布式放大器的第一输入端，其另一端分别与电阻R1的一端、场效应管M1的栅极和电感LQ1的一端连接；三极管Hg1的基极分别与电阻Rg1的一端、电阻Rg2的一端、接地电容Cg1和三极管Hg2的集电极连接；三极管Hg1的集电极分别与电阻Rg1的另一端、电阻R14的一端、电阻R12的一端、电感LQ3的一端和电感LQ6的一端连接；电阻R14的另一端和接地电容C6连接；三极管Hg1的发射极分别与电容Cg2的一端和电阻Rg4的一端连接；三极管Hg2的基极和电阻Rg2的另一端连接；三极管Hg2的发射极分别与三极管Hg3的基极和三极管Hg3的集电极连接；三极管Hg3的发射极和接地电阻Rg3连接；电容Cg2的另一端分别与电阻Rg4的另一端、电阻R7的一端、电阻R9的一端和电阻R11的一端连接；电阻R1的另一端分别与电阻R12的另一端和接地电阻R13连接；三极管H1的基极和电阻R6的一端连接；电阻R6的另一端分别与接地电容C2和电阻R7的另一端连接；三极管H1的集电极和电感LQ3的另一端连接；三极管H1的发射极分别与场效应管M1的漏极和场效应管M2的漏极连接；三极管H2的基极和电阻R8的一端连接；电阻R8的另一端分别与接地电容C3和电阻R9的另一端连接；三极管H2的集电极和电感LQ4的一端连接；三极管H2的发射极分别与场效应管M3的漏极和场效应管M4的漏极连接；三极管H3的基极和电阻R10的一端连接；电阻R10的另一端分别与接地电容C4和电阻R11的另一端连接；三极管H3的集电极和电感LQ5的一端连接；三极管H3的发射极分别与场效应管M5的漏极和场效应管M6的漏极连接；电感LQ6的另一端分别与电感LQ4的另一端和电感LQ7的一端连接；电感LQ7的另一端分别与电感LQ5的另一端、电感LQ8的一端和电容C8的一端连接；电感LQ8的另一端作为第一高增益分布式放大器的第二输入端，并分别与接地电容C7和微带线TL2的一端连接；微带线TL2的另一端和馈电端口VD2连接；电容C8的另一端作为第一高增益分布式放大器的输出端；场效应管M1的源极分别与接地电阻R2和场效应管M2的栅极连接；场效应管M3的栅极分别与电感LQ1的另一端和电感LQ2的一端连接；场效应管M3的源极分别与接地电阻R3和场效应管M4的栅极连接；场效应管M5的栅极分别与电感LQ2的另一端和电阻R5的一端连接；场效应管M5的源极分别与接地电阻R4和场效应管M6的栅极连接；场效应管M2的源极、场效应管M4的源极和场效应管M6的源极均接地。
在本发明实施例中，如图2所示，第二高增益分布式放大器包括电阻Rg5、电阻Rg6、接地电阻Rg7、电阻Rg8、电阻 R15、接地电阻 R16、接地电阻 R17、接地电阻 R18、电阻 R19、电阻 R20、电阻 R21、电阻 R22、电阻 R23、电阻 R24、电阻 R25、电阻 R26、电阻 R27、电阻R28、接地电容Cg3、电容Cg4、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、接地电容C13、接地电容C14、接地电容C15、电容C16、电感LQ9、电感LQ10、电感LQ11、电感LQ12、电感LQ13、电感LQ14、电感LQ15、电感LQ16、微带线TL3、微带线TL4、三极管Hg4、三极管Hg5、三极管Hg6、三极管H5、三极管H6、三极管H8、场效应管M9、场效应管M10、场效应管M11、场效应管M12、场效应管M15和场效应管M16；
电容C9的一端作为第二高增益分布式放大器第一输入端，其另一端分别与电感LQ9的一端、场效应管M9的栅极和电阻R15的一端连接；场效应管M9的漏极分别与场效应管M10的漏极和三极管H15的发射极连接；场效应管M9的源极分别与接地电阻R16和场效应管M10的栅极连接；场效应管M11的栅极分别与电感LQ9的另一端和电感LQ10的一端连接；场效应管M11的漏极分别与场效应管M12的漏极和三极管H6的发射极连接；场效应管M11的源极分别与接地电阻R17和场效应管M12的栅极连接；场效应管M15的栅极分别与电感LQ10的另一端和电阻R25的一端连接；场效应管M15的漏极分别与场效应管M16的漏极和三极管H8的发射极连接；场效应管M15的源极分别与接地电阻R18和场效应管M16的栅极连接；场效应管M10的源极、场效应管M12的源极和场效应管M16的源极均接地；电阻R25的另一端和接地电容C13连接；三极管Hg4的基极分别与接地电容Cg3、电阻Rg6的一端、三极管Hg5的集电极和电阻Rg5的一端连接；三极管Hg4的集电极分别与电阻Rg5的另一端、电阻R26的一端、电感LQ11的一端、电感LQ13的一端和电阻R28的一端连接；电阻R28的另一端和接地电容C14连接；三极管Hg4的发射极分别与电容Cg4的一端和电阻Rg8的一端连接；三极管Hg5的基极和电阻Rg6的另一端连接；三极管Hg5的发射极分别与三极管Hg6的基极和三极管Hg6的集电极连接；三极管Hg6的发射极和接地电阻Rg7连接；三极管H5的基极和电阻R19的一端连接；电阻R19的另一端分别与电阻R20的一端和接地电容C10连接；三极管H5的集电极和电感LQ11的另一端连接；三极管H6的基极和电阻R21的一端连接；电阻R21的另一端分别与电阻R22的一端和接地电容C11连接；三极管H6的集电极和电感LQ12的一端连接；三极管H8的基极和电阻R23的一端连接；电阻R23的另一端分别与电阻R24的一端和接地电容C12连接；三极管H8的集电极和电感LQ16的一端连接；电感LQ13的另一端分别与电感LQ12的另一端和电感LQ14的一端连接；电感LQ14的另一端分别与电感LQ16的另一端、电感LQ15的一端和电容C16的一端连接；电容Cg4的另一端分别与电阻Rg8的另一端、电阻R20的另一端、电阻R22的另一端和电阻R24的另一端连接；电阻R15的另一端分别与电阻R26的另一端和接地电阻R27连接；电感LQ15的另一端分别与接地电容C15、微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；微带线TL4的另一端和馈电端口VD1连接；电容C16的另一端作为第二高增益分布式放大器的输出端；微带线TL3的另一端作为第二高增益分布式放大器的第二输入端。
在本发明实施例中，如图2所示，第二Lange电桥包括接地电阻Rp2、微带线L9、微带线L10、微带线L11、微带线L12、微带线L13、微带线L14、微带线L15、微带线L16和微带线TL5；
微带线TL5的一端作为第二Lange电桥的输出端，其另一端分别与微带线L9的一端和微带线L11的一端连接；微带线L9的另一端分别与微带线L11的另一端、微带线L14的一端和微带线L16的一端连接；微带线L10的一端作为第二Lange电桥的第一输入端，并和微带线L12的一端连接；微带线L10的另一端和微带线L13的一端连接；微带线L12的另一端和微带线L15的一端连接；微带线L13的另一端分别与接地电阻Rp2和微带线L15的另一端连接；微带线L14的另一端作为第二Lange电桥的第二输入端，并和微带线L16的另一端连接。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：
本发明中使用的3dB耦合器是Lange电桥结构。信号从射频输入端输入，经过第一Lange电桥到达上下两个单端放大器的输入端时的信号相位相差90°，经高增益分布式放大器后，两组信号再经过第二Lange电桥，使得信号在射频输出端同相叠加，因此整个芯片输出功率比单端放大器强3dB，动态范围加大1倍。同时，反射信号经过Lange电桥后相位相差180°，信号将相互抵消，在输入端没有反射信号输出，所以在输入端就可以实现很低的驻波系数。同理，经过晶体管放大的输出信号在放大器的输出端口合成，输出驻波系数也可以降低。电阻Rp1和电阻Rp2均为50欧姆电阻。
本发明中上下两个单端放大器为高增益分布式放大器，两者完全相同。高增益分布式放大器嵌套了共源共栅结构和达林顿结构，使得单端放大器不仅具有一般分布式结构的宽带和高功率的特性，还获得了高增益和高线性输出能力；且能避免集成电路工艺的低击穿电压特性，提高电路的稳定性与可靠性。
该高增益分布式放大器由三个相同的子网络构成，每个子网络均是共源共栅结构，共源共栅结构由于降低了米勒效应，可以很好地提升电路的线性输出和增益。在本发明中创新性地将达林顿管作为共源管，达林顿管的特点是放大倍数非常高，放大倍数是组成达林顿管的两个晶体管之积。所以，单端放大器可以达到很高的增益。同时，该达林顿共源管采用两个pHEMT场效应晶体管组成，因为其输入阻抗高、噪声低且热稳定性好； 共栅管采用HBT三极管，因其功率增益高且可实现较高的线性输出。两个高增益分布式放大器馈电端通过微带线TL3连接在一起，并在馈电处创新性地引出两组馈电端口VD1和VD2，只需一端馈电时另一端保持悬空，也就是馈电上下可选，这样可使芯片的使用装配具有镜像功能，更方便使用。
以第一高增益分布式放大器为例，信号经第一Lange电桥到达单端放大器时，分别由三个子网络放大，再经电感LQ6和电感LQ7连接后输出到第二Lange电桥。作为共源管的达林顿管，其栅压从馈电端通过电感LQ8、电感LQ7和电感LQ6经电阻R12和电阻R13分压获得，其漏压通过HBT三级管的发射极电压提供。作为HBT三级管其基极偏置电流由三极管Hg1和三极管Hg2组成的电流镜提供，同时增加了二极管形式的Hg3，以稳定三极管Hg1的基级直流电平。线性化电路由三极管Hg1和旁路电容Cg1组成，当输入功率增大时，线性化电路提供了增大的基级偏压和集电极电流，从而使分布式结构中共栅管的偏置点随输入信号功率而调整变化。当温度变化时，电阻Rg3、电阻Rg2和电阻Rg4调节了三极管Hg1和三极管Hg2中的电流，从而一定程度抑制了HBT晶体管的自热效应，实现了对温度的稳定。由于电阻Rg4增大了偏置阻抗，降低了线性化的作用，增加旁路电容Cg2并联，就可同时实现线性化和温度稳定的目的。电阻R1、电阻R7、电阻R9和电阻R11均为偏置端大电阻，小电阻R6、小电阻R8和小电阻R10在射频通路中提高了电路的稳定性，电阻R5和电阻R14为50欧姆吸收负载。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片，其特征在于，包括第一Lange电桥、第二Lange电桥、第一高增益分布式放大器和第二高增益分布式放大器；
所述第一Lange电桥的输入端作为宽带高功率放大器芯片的射频输入端，其第一输出端与第二高增益分布式放大器的第一输入端连接，其第二输出端与第一高增益分布式放大器的第一输入端连接；
所述第二Lange电桥的输出端作为宽带高功率放大器芯片的射频输出端，其第一输入端与第二高增益分布式放大器的输出端连接，其第二输入端与第一高增益分布式放大器的输出端连接；
所述第一高增益分布式放大器的第二输入端与第二高增益分布式放大器的第二输入端连接；
所述第一高增益分布式放大器包括电阻Rg1、电阻Rg2、接地电阻Rg3、电阻Rg4、电阻R1、接地电阻R2、接地电阻R3、接地电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、接地电阻R13、电阻R14、接地电容Cg1、电容Cg2、电容C1、接地电容C2、接地电容C3、接地电容C4、接地电容C5、接地电容C6、接地电容C7、电容C8、电感LQ1、电感LQ2、电感LQ3、电感LQ4、电感LQ5、电感LQ6、电感LQ7、电感LQ8、微带线TL2、三极管Hg1、三极管Hg2、三极管Hg3、三极管H1、三极管H2、三极管H3、场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5和场效应管M6；
所述电容C1的一端作为第一高增益分布式放大器的第一输入端，其另一端分别与电阻R1的一端、场效应管M1的栅极和电感LQ1的一端连接；所述三极管Hg1的基极分别与电阻Rg1的一端、电阻Rg2的一端、接地电容Cg1和三极管Hg2的集电极连接；所述三极管Hg1的集电极分别与电阻Rg1的另一端、电阻R14的一端、电阻R12的一端、电感LQ3的一端和电感LQ6的一端连接；所述电阻R14的另一端和接地电容C6连接；所述三极管Hg1的发射极分别与电容Cg2的一端和电阻Rg4的一端连接；所述三极管Hg2的基极和电阻Rg2的另一端连接；所述三极管Hg2的发射极分别与三极管Hg3的基极和三极管Hg3的集电极连接；所述三极管Hg3的发射极和接地电阻Rg3连接；所述电容Cg2的另一端分别与电阻Rg4的另一端、电阻R7的一端、电阻R9的一端和电阻R11的一端连接；所述电阻R1的另一端分别与电阻R12的另一端和接地电阻R13连接；所述三极管H1的基极和电阻R6的一端连接；所述电阻R6的另一端分别与接地电容C2和电阻R7的另一端连接；所述三极管H1的集电极和电感LQ3的另一端连接；所述三极管H1的发射极分别与场效应管M1的漏极和场效应管M2的漏极连接；所述三极管H2的基极和电阻R8的一端连接；所述电阻R8的另一端分别与接地电容C3和电阻R9的另一端连接；所述三极管H2的集电极和电感LQ4的一端连接；所述三极管H2的发射极分别与场效应管M3的漏极和场效应管M4的漏极连接；所述三极管H3的基极和电阻R10的一端连接；所述电阻R10的另一端分别与接地电容C4和电阻R11的另一端连接；所述三极管H3的集电极和电感LQ5的一端连接；所述三极管H3的发射极分别与场效应管M5的漏极和场效应管M6的漏极连接；所述电感LQ6的另一端分别与电感LQ4的另一端和电感LQ7的一端连接；所述电感LQ7的另一端分别与电感LQ5的另一端、电感LQ8的一端和电容C8的一端连接；所述电感LQ8的另一端作为第一高增益分布式放大器的第二输入端，并分别与接地电容C7和微带线TL2的一端连接；所述微带线TL2的另一端和馈电端口VD2连接；所述电容C8的另一端作为第一高增益分布式放大器的输出端；所述场效应管M1的源极分别与接地电阻R2和场效应管M2的栅极连接；所述场效应管M3的栅极分别与电感LQ1的另一端和电感LQ2的一端连接；所述场效应管M3的源极分别与接地电阻R3和场效应管M4的栅极连接；所述场效应管M5的栅极分别与电感LQ2的另一端和电阻R5的一端连接；所述场效应管M5的源极分别与接地电阻R4和场效应管M6的栅极连接；所述场效应管M2的源极、场效应管M4的源极和场效应管M6的源极均接地；
所述第二高增益分布式放大器包括电阻Rg5、电阻Rg6、接地电阻Rg7、电阻Rg8、电阻R15、接地电阻 R16、接地电阻 R17、接地电阻 R18、电阻 R19、电阻 R20、电阻 R21、电阻R22、电阻 R23、电阻 R24、电阻 R25、电阻 R26、电阻 R27、电阻 R28、接地电容Cg3、电容Cg4、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、接地电容C13、接地电容C14、接地电容C15、电容C16、电感LQ9、电感LQ10、电感LQ11、电感LQ12、电感LQ13、电感LQ14、电感LQ15、电感LQ16、微带线TL3、微带线TL4、三极管Hg4、三极管Hg5、三极管Hg6、三极管H5、三极管H6、三极管H8、场效应管M9、场效应管M10、场效应管M11、场效应管M12、场效应管M15和场效应管M16；
所述电容C9的一端作为第二高增益分布式放大器第一输入端，其另一端分别与电感LQ9的一端、场效应管M9的栅极和电阻R15的一端连接；所述场效应管M9的漏极分别与场效应管M10的漏极和三极管H15的发射极连接；所述场效应管M9的源极分别与接地电阻R16和场效应管M10的栅极连接；所述场效应管M11的栅极分别与电感LQ9的另一端和电感LQ10的一端连接；所述场效应管M11的漏极分别与场效应管M12的漏极和三极管H6的发射极连接；所述场效应管M11的源极分别与接地电阻R17和场效应管M12的栅极连接；所述场效应管M15的栅极分别与电感LQ10的另一端和电阻R25的一端连接；所述场效应管M15的漏极分别与场效应管M16的漏极和三极管H8的发射极连接；所述场效应管M15的源极分别与接地电阻R18和场效应管M16的栅极连接；所述场效应管M10的源极、场效应管M12的源极和场效应管M16的源极均接地；所述电阻R25的另一端和接地电容C13连接；所述三极管Hg4的基极分别与接地电容Cg3、电阻Rg6的一端、三极管Hg5的集电极和电阻Rg5的一端连接；所述三极管Hg4的集电极分别与电阻Rg5的另一端、电阻R26的一端、电感LQ11的一端、电感LQ13的一端和电阻R28的一端连接；所述电阻R28的另一端和接地电容C14连接；所述三极管Hg4的发射极分别与电容Cg4的一端和电阻Rg8的一端连接；所述三极管Hg5的基极和电阻Rg6的另一端连接；所述三极管Hg5的发射极分别与三极管Hg6的基极和三极管Hg6的集电极连接；所述三极管Hg6的发射极和接地电阻Rg7连接；所述三极管H5的基极和电阻R19的一端连接；所述电阻R19的另一端分别与电阻R20的一端和接地电容C10连接；所述三极管H5的集电极和电感LQ11的另一端连接；所述三极管H6的基极和电阻R21的一端连接；所述电阻R21的另一端分别与电阻R22的一端和接地电容C11连接；所述三极管H6的集电极和电感LQ12的一端连接；所述三极管H8的基极和电阻R23的一端连接；所述电阻R23的另一端分别与电阻R24的一端和接地电容C12连接；所述三极管H8的集电极和电感LQ16的一端连接；所述电感LQ13的另一端分别与电感LQ12的另一端和电感LQ14的一端连接；所述电感LQ14的另一端分别与电感LQ16的另一端、电感LQ15的一端和电容C16的一端连接；所述电容Cg4的另一端分别与电阻Rg8的另一端、电阻R20的另一端、电阻R22的另一端和电阻R24的另一端连接；所述电阻R15的另一端分别与电阻R26的另一端和接地电阻R27连接；所述电感LQ15的另一端分别与接地电容C15、微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；所述微带线TL4的另一端和馈电端口VD1连接；所述电容C16的另一端作为第二高增益分布式放大器的输出端；所述微带线TL3的另一端作为第二高增益分布式放大器的第二输入端。
2.根据权利要求1所述的基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片，其特征在于，所述第一Lange电桥包括接地电阻Rp1、微带线L1、微带线L2、微带线L3、微带线L4、微带线L5、微带线L6、微带线L7、微带线L8和微带线TL1；
所述微带线TL1的一端作为第一Lange电桥的输入端，其另一端分别与微带线L1的一端和微带线L3的一端连接；所述微带线L1的另一端分别与微带线L3的另一端、微带线L6的一端和微带线L8的一端连接；所述微带线L2的一端作为第一Lange电桥的第二输出端，并和微带线L4的一端连接；所述微带线L2的另一端和微带线L5的一端连接；所述微带线L4的另一端和微带线L7的一端连接；所述微带线L5的另一端分别与接地电阻Rp1和微带线L7的另一端连接；所述微带线L6的另一端作为第一Lange电桥的第一输出端，并和微带线L8的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的基于GaAs Bi-Hemt工艺的宽带放大器芯片，其特征在于，所述第二Lange电桥包括接地电阻Rp2、微带线L9、微带线L10、微带线L11、微带线L12、微带线L13、微带线L14、微带线L15、微带线L16和微带线TL5；
所述微带线TL5的一端作为第二Lange电桥的输出端，其另一端分别与微带线L9的一端和微带线L11的一端连接；所述微带线L9的另一端分别与微带线L11的另一端、微带线L14的一端和微带线L16的一端连接；所述微带线L10的一端作为第二Lange电桥的第一输入端，并和微带线L12的一端连接；所述微带线L10的另一端和微带线L13的一端连接；所述微带线L12的另一端和微带线L15的一端连接；所述微带线L13的另一端分别与接地电阻Rp2和微带线L15的另一端连接；所述微带线L14的另一端作为第二Lange电桥的第二输入端，并和微带线L16的另一端连接。
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"Analysis and Design of a 30- to 220-GHz Balanced Cascaded Single-Stage Distributed Amplifier in 130-nm SiGe BiCMOS";Paolo Valerio Testa等;《IEEE Journal of Solid-State Circuits》;20180212;第53卷(第5期);第1461-1462页、图12 *
"一种宽带高线性度射频放大器";张博 等;《电子元件与材料》;20211130;第40卷(第11期);第1101-1106页 *

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