CN115459802A - 毫米波变频多功能芯片及芯片测试方法 - Google Patents

毫米波变频多功能芯片及芯片测试方法 Download PDF

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刘会东
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Abstract

本发明涉及微波集成电路技术领域，尤其涉及一种毫米波变频多功能芯片及芯片测试方法，本发明毫米波收发变频多功能芯片实施方式，其基于GaAsE/D PHEMT工艺开发，将本振电路、接收通道电路和发射通道电路集成到一个芯片上，实现毫米波收发系统的一片式设计；本振电路对收发通道的切换采用GaAs FET开关电路，与传统的功分器电路形式相比，能提供给混频器更高的本振输入功率，更好的收发通道隔离度；基于GaAs FET开关电路的高隔离度特性，将接收通道的输入端和发射通道的输出端合二为一，利于前级电路的级联；采用GaAs工艺的低噪声放大器、高输出功率放大器、无源混频器等电路结构，实现了低噪声系数、高输出功率的指标特性。

Description

毫米波变频多功能芯片及芯片测试方法
技术领域
本发明涉及微波集成电路技术领域，尤其涉及一种毫米波变频多功能芯片及芯片测试方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展，人类与无线通信关系已经密不可分，现代生活和工程应用要求无线通信速率越来越高，毫米波频段由于频谱资源丰富，数据通信速率高，成为现在无线通信技术的发展重点。
无线通信技术的关键是收发信机系统，主要完成信号的无线传输，部件包括放大器、滤波器、混频器、倍频器等，其中混频器的作用是在接收系统中将射频信号转换成中频信号进行信号处理，在发射系统中将中频信号转换成射频信号，传递给功放到天线，是整个收发系统中核心的部分。
传统的收发信机系统是由每个功能电路器件混合集成实现，存在体积大、成本高、设计复杂等问题。随着半导体技术的发展，收发信机系统中各功能器件已由分立器件形式发展到各功能芯片形式再到高集成度多功能芯片形式，收发信机的体积、成本和性能都有了明显的改善。
收发信机多功能芯片的设计目前主要由GaAs、SiGe、CMOS工艺开发实现。目前市面上基于GaAs工艺开发的毫米波收发变频芯片的主要问题是芯片以单功能电路为主，功能简单，集成度低；SiGe、CMOS工艺的毫米波收发变频芯片在集成度、功耗上有优势，但是自身存在装配复杂、指标性能差、研发成本高、可靠性差等问题。
公开报道的毫米波收发变频多功能芯片主要采用SiGe、CMOS工艺开发，具有高集成度、低功耗的特点，存在的主要问题有以下几方面：1)电路采用有源混频、差分放大结构实现，输入输出端为差分两路信号，与外围电路的级联匹配困难，需外加巴伦结构过渡，提高了组件和系统的成本，不利于整体收发系统的级联；2)在噪声系数和输出功率方面指标特性不如GaAs工艺高；3)存在开发成本高、时间周期长、流片渠道不稳定，芯片可靠性差等问题，不适合复杂环境、大规模的工程应用。
基于此，需要开发设计出一种毫米波变频多功能芯片。
发明内容
本发明实施方式提供了一种毫米波收发变频多功能芯片，用于解决现有技术中当芯片集成发射和接收通道时，彼此之间隔离度较低的问题。
第一方面，本发明实施方式提供了一种毫米波收发变频多功能芯片，包括：
本振电路、发射通道、接收通道、第一开关电路以及第二开关电路；
所述第一开关电路以及所述第二开关电路分别设有第一端、第二端以及第三端，所述第一开关电路以及所述第二开关电路根据控制信号的指示实现第一端与第二端电连接或第一端与第三端电连接；
所述第一开关电路的第二端与所述接收通道的第一输入端电连接，所述第一开关电路的第三端与所述发射通道的输出端电连接；
所述第二开关电路的第一端与所述本振电路的输出端电连接，所述第二开关电路的第二端与所述接收通道的第二输入端电连接，所述第二开关电路的第三端与所述发射通道的第一输入端电连接；
所述本振电路用于产生本振信号，所述发射通道用于根据第二输入端的信号以及第一输入端的信号进行混频生成射频输出信号，所述接收通道用于根据第一输入端的信号以及第二输入端的信号进行混频生成中频接收信号。
在一种可能实现的方式中，所述第一开关电路以及所述第二开关电路均包括：两个分支电路，两个所述分支电路的首端电连接；
所述分支电路包括：多个FET管以及多个依次串联连接的电阻，相邻两个电阻之间设置有一个FET管，所述FET管的漏极与两个电阻的连接点电连接，所述FET管的源极与电源地电连接；
分支电路上的多个FET管的栅极接受控制信号的指示控制所述FET管的源极与漏极之间完全导通或关断；
所述FET管采用GaAs FET器件。
在一种可能实现的方式中，所述本振电路包括：
第一放大器、无源倍频器以及第二放大器；
所述第一放大器的输出端与所述无源倍频器的输入端电连接，所述无源倍频器的输出端与所述第二放大器的输入端电连接，所述第二放大器的输出端与所述第一开关电路的第一端电连接。
在一种可能实现的方式中，所述接收通道包括：第一数控衰减器、第三放大器、第二数控衰减器以及第一混频器；
所述第一数控衰减器的输入端与所述第一开关电路的第二端电连接，所述第一数控衰减器的输出端与所述第三放大器的输入端电连接，所述第三放大器的输出端与所述第二数控衰减器的输入端电连接，所述第二数控衰减器的输出端与所述第一混频器的第一输入端电连接，所述第一混频器的第二输入端与所述第二开关电路的第二端电连接；
所述第一混频器根据第一输入端以及第二输入端的信号输出中频接收信号。
在一种可能实现的方式中，所述发射通道包括：第二混频器、第三数控衰减器以及第四放大器；
所述第二混频器的第一输入端与所述第二开关电路的第三端电连接，所述第二混频器的输出端与所述第三数控衰减器的输入端电连接，所述第三数控衰减器的输出端与所述第四放大器的输入端电连接，所述第四放大器的输出端与所述第一开关电路的第三端电连接；
所述第二混频器根据第一输入端以及第二输入端的信号输出射频输出信号。
在一种可能实现的方式中，所述第一混频器以及所述第二混频器均包括：本振电桥单元以及两个混频单元；
所述本振电桥单元将本振信号分成两个正交的信号，所述本振电桥单元的两个输出端分别与两个所述混频单元的第一端电连接，两个所述混频单元的第三端电连接；
所述混频单元将第一端的信号以及第二端的中频信号进行混频在第三端输出射频输出信号，或所述混频单元将第一端的信号以及第三端的射频输入信号进行混频在第二端输出中频输入信号
所述混频单元包括：本振巴伦、二极管对以及射频巴伦；
所述本振巴伦的第一端与所述本振电桥单元的一个输出端电连接，所述本振巴伦的第二端以及第三端分别与所述二极管对的第一端以及第三端电连接；
所述二极管对的第二端以及第四端分别与所述射频巴伦的第一端以及第二端电连接；两个所述混频单元的射频巴伦的第三端电连接；
所述二极管对将所述本振巴伦的第四端接入的中频信号、第二端以及第三端输出的信号进行混频，生成射频输出信号，或将所述射频巴伦第一端、第二端、所述本振巴伦第二端以及第三端输出的信号进行混频，生成中频输入信号；
所述二极管对包括依次首尾环形连接在一起的四个二极管，四个二极管彼此之间的连接点依次为所述二极管对的第一端、第二端、第三端以及第四端。
在一种可能实现的方式中，所述的毫米波变频多功能芯片背面金属接地，所述的毫米波变频多功能芯片基于GaAs E/D PHEMT工艺开发。
第二方面，本发明实施方式提供了一种毫米波变频多功能芯片测试方法，用于测试如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的毫米波变频多功能芯片，包括：
将所述接收通道的数控衰减调整为0；
启用所述接收通道，通过在所述接收通道的输入端接入射频源，获得所述接收通道输出端在射频源不同频率时的增益；
将接收通道的数控衰减调整为0；
启用所述发送通道，通过在所述发送通道的输入端接入中频源，获得所述接收通道输出端在中频源不同频率时的增益。
在一种可能实现的方式中，所述启用所述接收通道，通过在所述接收通道的输入端接入射频源，获得所述接收通道输出端在射频源不同频率时的增益，包括：
将所述第一开关电路切换到第一端与第二端电连接，将所述第二开关电路切换到第一端与第二端电连接；
将所述第一开关电路的第一端连接射频源；
通过调整射频源的输出频率和本振的频率，使得第一混频器的输出端的频率稳定在预设值；
获得所述接收通道输出端在不同频率时的增益。
在一种可能实现的方式中，所述启用所述发送通道，通过在所述发送通道的输入端接入中频源，获得所述接收通道输出端在中频源不同频率时的增益，包括：
将所述第一开关电路切换到第一端与第三端电连接，将所述第二开关电路切换到第一端与第三端电连接；
将所述接收通道第二输入端连接中频源，固定中频源的频率在预设值；
通过调整所述中频源的输出频率，获得所述第一开关电路第一端在不同频率时的增益。
本发明实施方式与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明实施方式公开了的一种毫米波变频多功能芯片，其基于GaAs E/D PHEMT工艺开发，将本振电路、接收通道电路和发射通道电路集成到一个芯片上，实现毫米波收发系统的一片式设计；本振电路对收发通道的切换采用GaAs FET开关电路，与传统的功分器电路形式相比，能提供给混频器更高的本振输入功率，更好的收发通道隔离度；基于GaAs FET开关电路的高隔离度特性，将接收通道的输入端和发射通道的输出端合二为一，利于前级电路的级联；采用GaAs工艺的低噪声放大器、高输出功率放大器、无源混频器等电路结构，实现了低噪声系数、高输出功率的指标特性；与SiGe、CMOS方案中输入输出端口端口为差分端口不同，本发明采用GaAs工艺的电路设计，输入输出端口均为50欧姆单端口，外围电路级联时无须外加巴伦电路进行转换；采用GaAs工艺开发，具有低成本、高可靠性、稳定供货能力的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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方式，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1为本发明实施方式提供的毫米波收发变频多功能芯片的原理框图；
图2为本发明实施方式提供的本发明收发通道切换开关的原理图；
图3为本发明实施方式提供的本发明混频器芯片电路的原理图；
图4为本发明实施方式提供的毫米波收发变频多功能芯片的测试流程图；
图5为本发明实施方式提供的接收通道变频增益变化曲线；
图6为本发明实施方式提供的接收通道镜像抑制度变化曲线；
图7为本发明实施方式提供的发射通道变频增益变化曲线；
图8为本发明实施方式提供的发射通道输出1dB压缩点变化曲线；
图中：
101第一开关电路；
102第一数控衰减器；
103第三放大器；
104第二数控衰减器；
105第一混频器；
106无源倍频器；
107第一放大器；
108第二开关电路；
109第二放大器；
110第四放大器；
111第三数控衰减器；
112第二混频器；
301本振电桥单元；
302本振巴伦；
303二极管对；
304射频巴伦。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施方式。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施方式来进行说明。
下面对本发明的实施例作详细说明，本实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1为本发明实施方式第一方面提供的毫米波收发变频多功能芯片的原理框图。
如图1所示，其示出了本发明实施方式第一方面提供的毫米波收发变频多功能芯片的原理框图，详述如下：
一种毫米波变频多功能芯片，包括：
本振电路、发射通道、接收通道、第一开关电路101以及第二开关电路108；
所述第一开关电路101以及所述第二开关电路108分别设有第一端、第二端以及第三端，所述第一开关电路101以及所述第二开关电路108根据控制信号的指示实现第一端与第二端电连接或第一端与第三端电连接；
所述第一开关电路101的第二端与所述接收通道的第一输入端电连接，所述第一开关电路101的第三端与所述发射通道的输出端电连接；
所述第二开关电路108的第一端与所述本振电路的输出端电连接，所述第二开关电路108的第二端与所述接收通道的第二输入端电连接，所述第二开关电路108的第三端与所述发射通道的第一输入端电连接；
所述本振电路用于产生本振信号，所述发射通道用于根据第二输入端的信号以及第一输入端的信号进行混频生成射频输出信号，所述接收通道用于根据第一输入端的信号以及第二输入端的信号进行混频生成中频接收信号。
在一些实施方式中，所述第一开关电路101以及所述第二开关电路108均包括：两个分支电路，两个所述分支电路的首端电连接；
所述分支电路包括：多个FET管以及多个依次串联连接的电阻，相邻两个电阻之间设置有一个FET管，所述FET管的漏极与两个电阻的连接点电连接，所述FET管的源极与电源地电连接；
分支电路上的多个FET管的栅极接受控制信号的指示控制所述FET管的源极与漏极之间完全导通或关断；
所述FET管采用GaAs FET器件。
在一些实施方式中，所述本振电路包括：
第一放大器107、无源倍频器106以及第二放大器109；
所述第一放大器107的输出端与所述无源倍频器106的输入端电连接，所述无源倍频器106的输出端与所述第二放大器109的输入端电连接，所述第二放大器109的输出端与所述第一开关电路101的第一端电连接。
示例性地，本发明实施方式采用GaAs pHEMT微波单片集成电路工艺技术制造。GaAs工艺主要工艺过程有：台面隔离、欧姆接触、栅挖槽和金属化、器件钝化、金属剥离、空气桥制备、背面化学减薄、通孔工艺等。本发明实施方式提供的应用于毫米波频段的收发变频多功能芯片，采用的是GaAs基的E/D pHEMT工艺，是一个高集成的数模多功能工艺，栅长为0.15μm，器件的最高工作频率为50GHz，具有高输出功率、低噪声系数、高集成度等特点，可集成功放、低噪放、控制电路、混频电路和数字电路等，满足毫米波变频多功能芯片的设计和制作。
如图1所示，毫米波收发变频多功能芯片主要包括本振电路，发射通道电路，接收通道电路三部分。接收通道和发射通道的切换由单刀双掷开关来实现。毫米波收发变频多功能芯片通过背面金属接地，不需要额外的接地措施。
本振电路的作用是将本振输入信号进行二倍频放大，为收发通道中混频器电路提供本振信号。本振电路由本振频率驱动放大器、无源二倍频器、二倍本振频率的驱动放大器三部分级联组成。
发射通道电路的作用是将基带信号上变频到射频频率，再经过前端T/R组件处理后，由天线将信号发射出去。本发明的发射通道电路，由一个镜像抑制混频器电路、数控衰减器电路和功率放大器电路组成，具有上变频、增益调整、高功率输出的特点。
接收通道电路的作用是将天线接收到的射频信号，下变频到中频频率。本发明的接收通道电路，由两个数控衰减器电路、一个镜像抑制混频器电路、低噪声放大器电路组成，具有下变频、镜像抑制、增益调整、低噪声系数等特点。
接收通道和发射通道的变频电路采用的是镜像抑制混频器结构，由两个无源双平衡混频器、本振90°电桥和射频功分器组成，输出IQ两路正交中频信号，可实现接收通道对镜像信号的抑制，发射通道对边带信号的抑制功能。
本发明实施方式的各功能电路结构采用微波射频电路设计方法实现，与各功能电路的输入输出口均为单端引出，50欧姆匹配，最终实现芯片的所有端口均为单端形式，便于外围电路级联。
如图2所示，本发明实施方式采用多个串联的电阻的组合与多个FET管，多个FET管的漏极连接在两个串联电阻的连接点上，源极连接电源地，FET管采用GaAs FET器件，通过对栅极电压进行控制，实现对沟道源漏电阻的控制，当电压为0V时，沟道源漏电阻为低阻状态，FET器件源漏极为导通状态，当电压为-5V时，沟道源漏电阻为高阻状态，FET器件源漏极为关闭状态。通过FET管的开关的特性，实现单刀双掷开关的功能。
具体到本应用中，由于四分之一波长线的作用是当输出端为接地状态时，输入信号为全反射，无信号能输出；当输出端为50欧姆匹配时，输入信号可以实现全输出。Vg1和Vg2为GaAs FET器件的栅极控制电压，始终保持反向状态。
当Vg1电压为0V，Vg2电压为-5V时，FET1器件源漏极为导通状态，节点a、b、c全部为接地状态，由于四分之一波长线的作用，RFin信号全反射，无信号可输出到RFout1，RFin到RFout1为关断状态。
当Vg1电压为0V，Vg2电压为-5V时，FET2器件源漏极为关断状态，节点d、e、f全部为50欧姆状态，由于四分之一波长线的作用，RFin信号可全部输出到RFout2，RFin到RFout2为开启状态。
当Vg1电压为-5V，Vg2电压为0V时，开关状态切换为RFin到RFout1为开启状态，RFin到RFout2为关断状态。
毫米波频段采用三级或更多级FET管并联结构，目的是为了保证RFout1和RFout2有较高的隔离度指标。
在一些应用场景中，毫米波频段采用三级FET管并联结构，保证开关具有0.7dB的插入损耗和30dB以上的隔离度特性。
基于GaAs FET开关电路更好的隔离度特性，采用GaAs FET单刀双掷开关电路实现对接收通道和发射通道的切换，改变了传统结构的双端口设置(传统结构需要接收和发送两个端口，采用开关电路将接收通道的射频输入口与发射通道的射频输出口合二为一，更有利于前端电路与收发变频芯片的级联布局)，实现了对接收射频端口和发射射频端口的统一，更利于整体收发系统电路的搭建。
本发明独创性的将开关电路放置在本振输出端，用来实现本振信号对接收通道和发射通道的切换。与传统的结构采用90°电桥切换的方式相比，本发明可以将本振信号输出到收发通道的功率提高2dB，这更有利于收发通道中混频器电路的正常工作。
在一些实施方式中，所述接收通道包括：第一数控衰减器102、第三放大器103、第二数控衰减器104以及第一混频器105；
所述第一数控衰减器102的输入端与所述第一开关电路101的第二端电连接，所述第一数控衰减器102的输出端与所述第三放大器103的输入端电连接，所述第三放大器103的输出端与所述第二数控衰减器104的输入端电连接，所述第二数控衰减器104的输出端与所述第一混频器105的第一输入端电连接，所述第一混频器105的第二输入端与所述第二开关电路108的第二端电连接；
所述第一混频器105根据第一输入端以及第二输入端的信号输出中频接收信号。
在一些实施方式中，所述发射通道包括：第二混频器112、第三数控衰减器111以及第四放大器110；
所述第二混频器112的第一输入端与所述第二开关电路108的第三端电连接，所述第二混频器112的输出端与所述第三数控衰减器111的输入端电连接，所述第三数控衰减器111的输出端与所述第四放大器110的输入端电连接，所述第四放大器110的输出端与所述第一开关电路101的第三端电连接；
所述第二混频器112根据第一输入端以及第二输入端的信号输出射频输出信号。
示例性地，接收通道包括：依次连接的第一数控衰减器102、第三放大器103、第二数控衰减器104以及第一混频器105。
在一些应用场景中，接收到的射频信号频率范围为24～28GHz，首先进入一个5位数控衰减器，第一数控衰减器102分别为0.5/1/2/4/8dB，目的是确保输入射频信号不被压缩，再经过第三放大器103，该放大器为一个低噪声放大器，目的是降低噪声系数和提供增益补偿，再经过第二数控衰减器104，该衰减器为16dB衰减量的1位数控衰减器，目的是确保后级第一混频器105不会被压缩，最后进入第一混频器105电路，完成下变频，输出2～4GHz频段的中频信号。
发送通道包括：依次连接的第二混频器112、第三数控衰减器111以及第四放大器110。
在一些应用场景中，发射通道接收的中频信号进入第二混频器112，完成上变频，第二混频器112输出的射频信号，频率范围为24～28GHz，然后进入第三数控衰减器111，该衰减器为一个6位的数控衰减器，衰减量分别为0.5/1/2/4/8/16dB，目的是确保输出的射频信号不被压缩，再经过第四放大器110，该放大器为一个功率放大器，目的是提供功率输出和增益补偿，最终实现发射通道的射频信号输出，输出功率达到21dBm以上。
在一些实施方式中，所述第一混频器105以及所述第二混频器112均包括：本振电桥单元301以及两个混频单元；
所述本振电桥单元301将本振信号分成两个正交的信号，所述本振电桥单元301的两个输出端分别与两个所述混频单元的第一端电连接，两个所述混频单元的第三端电连接；
所述混频单元将第一端的信号以及第二端的中频信号进行混频在第三端输出射频输出信号，或所述混频单元将第一端的信号以及第三端的射频输入信号进行混频在第二端输出中频输入信号
所述混频单元包括：本振巴伦302、二极管对303以及射频巴伦304；
所述本振巴伦302的第一端与所述本振电桥单元301的一个输出端电连接，所述本振巴伦302的第二端以及第三端分别与所述二极管对303的第一端以及第三端电连接；
所述二极管对303的第二端以及第四端分别与所述射频巴伦304的第一端以及第二端电连接；两个所述混频单元的射频巴伦304的第三端电连接；
所述二极管对303将所述本振巴伦302的第四端接入的中频信号、第二端以及第三端输出的信号进行混频，生成射频输出信号，或将所述射频巴伦304第一端、第二端、所述本振巴伦302第二端以及第三端输出的信号进行混频，生成中频输入信号；
所述二极管对303包括依次首尾环形连接在一起的四个二极管，四个二极管彼此之间的连接点依次为所述二极管对303的第一端、第二端、第三端以及第四端。
在一些实施方式中，所述的毫米波变频多功能芯片背面金属接地；所述的毫米波变频多功能芯片基于GaAs E/D PHEMT工艺开发。
示例性地，混频器电路采用镜像抑制混频结构，如图3所示，镜像抑制混频结构分为三部分，分别为上、下两个无源双平衡混频器单元和本振90°电桥单元。无源双平衡混频器单元由射频巴伦304(射频180°巴伦)、本振巴伦302(本振180°巴伦)和两个二极管对303组成，可实现上下变频功能；图3右边为本振的90°电桥部分，作用是将本振信号变换成两路正交信号，分别进入上下两个混频器单元中，使上下两路混频器单元的中频信号输出为正交信号，即∣IF_I-IF_Q∣＝90°。
在实际使用时，两路中频信号通过外加一个中频90°电桥，使上、下两个混频器单元的镜像信号分别移相0°和180°，合路后由于相位抵消作用，即可实现对镜像干扰信号的抑制。
本发明毫米波收发变频多功能芯片实施方式，其基于GaAs E/D PHEMT工艺开发，将本振电路、接收通道电路和发射通道电路集成到一个芯片上，实现毫米波收发系统的一片式设计；本振电路对收发通道的切换采用GaAs FET开关电路，与传统的功分器电路形式相比，能提供给混频器更高的本振输入功率，更好的收发通道隔离度；基于GaAs FET开关电路的高隔离度特性，将接收通道的输入端和发射通道的输出端合二为一，利于前级电路的级联；采用GaAs工艺的低噪声放大器、高输出功率放大器、无源混频器等电路结构，实现了低噪声系数、高输出功率的指标特性；与SiGe、CMOS方案中输入输出端口端口为差分端口不同，本发明采用GaAs工艺的电路设计，输入输出端口均为50欧姆单端口，外围电路级联时无须外加巴伦电路进行转换；采用GaAs工艺开发，具有低成本、高可靠性、稳定供货能力的特点。
本发明实施方式第二方面还提供了一种毫米波变频多功能芯片测试方法，用于测试如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的毫米波变频多功能芯片，包括：
在步骤401中，将所述接收通道的数控衰减调整为0；
在步骤402中，启用所述接收通道，通过在所述接收通道的输入端接入射频源，获得所述接收通道输出端在射频源不同频率时的增益；
在步骤403中，将接收通道的数控衰减调整为0；
在步骤404中，启用所述发送通道，通过在所述发送通道的输入端接入中频源，获得所述接收通道输出端在中频源不同频率时的增益。
在一些实施方式中，所述启用所述接收通道，通过在所述接收通道的输入端接入射频源，获得所述接收通道输出端在射频源不同频率时的增益，包括：
将所述第一开关电路101切换到第一端与第二端电连接，将所述第二开关电路108切换到第一端与第二端电连接；
将所述第一开关电路101的第一端连接射频源；
通过调整射频源的输出频率和本振的频率，使得第一混频器105的输出端的频率稳定在预设值；
获得所述接收通道输出端在不同频率时的增益。
在一些实施方式中，所述启用所述发送通道，通过在所述发送通道的输入端接入中频源，获得所述接收通道输出端在中频源不同频率时的增益，包括：
将所述第一开关电路101切换到第一端与第三端电连接，将所述第二开关电路108切换到第一端与第三端电连接；
将所述接收通道第二输入端连接中频源，固定中频源的频率在预设值；
通过调整所述中频源的输出频率，获得所述第一开关电路101第一端在不同频率时的增益。
示例性地，在一些应用场景中，毫米波收发多功能芯片采用GaAs pHEMT微波单片集成电路工艺技术制造，为裸芯片形式，所有信号端口采用镀金焊盘的引脚形式，可直接通过金丝键合线与外围电路互联。整个芯片尺寸为4.60×5.00mm2。
本发明的芯片使用微波探针台在片测试。测试条件设置：固定中频频率为3.3GHz，射频频率范围为24～28GHz，本振频率范围为13.65～15.65GHz(满足(RF+IF)/2)(其中，RF，Radio Frequency，射频；IF，Intermediate Frequency，中频)，本振输入功率为-3dBm，加电VDD＝+5V，VEE为-5V。
当开关切换到接收通道时，接收通道数控衰减态为0态，接收通道的变频增益曲线如图5所示，在频率范围内实现≥8dB；接收通道的镜像抑制度如图6所示，在全频带实现≥30dBc。
当开关切换到发射通道时，发射通道数控衰减态为0态，发射通道的变频增益曲线如图7所示，在频率范围内实现≥10dB；发射通道的输出1dB压缩点如图8所示，在全频带实现≥21dBm，比公开报告的SiGe、CMOS芯片方案的输出功率高4dB。
应理解，上述实施方式中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施方式的实施过程构成任何限定。

Claims (10)

1.一种毫米波变频多功能芯片，其特征在于，包括：
本振电路、发射通道、接收通道、第一开关电路(101)以及第二开关电路(108)；
所述第一开关电路(101)以及所述第二开关电路(108)分别设有第一端、第二端以及第三端，所述第一开关电路(101)以及所述第二开关电路(108)根据控制信号的指示实现第一端与第二端电连接或第一端与第三端电连接；
所述第一开关电路(101)的第二端与所述接收通道的第一输入端电连接，所述第一开关电路(101)的第三端与所述发射通道的输出端电连接；
所述第二开关电路(108)的第一端与所述本振电路的输出端电连接，所述第二开关电路(108)的第二端与所述接收通道的第二输入端电连接，所述第二开关电路(108)的第三端与所述发射通道的第一输入端电连接；
所述本振电路用于产生本振信号，所述发射通道用于根据第二输入端的信号以及第一输入端的信号进行混频生成射频输出信号，所述接收通道用于根据第一输入端的信号以及第二输入端的信号进行混频生成中频接收信号。
2.根据权利要求1所述的毫米波变频多功能芯片，其特征在于，所述第一开关电路(101)以及所述第二开关电路(108)均包括：两个分支电路，两个所述分支电路的首端电连接；
所述分支电路包括：多个FET管以及多个依次串联连接的电阻，相邻两个电阻之间设置有一个FET管，所述FET管的漏极与两个电阻的连接点电连接，所述FET管的源极与电源地电连接；
分支电路上的多个FET管的栅极接受控制信号的指示控制所述FET管的源极与漏极之间完全导通或关断；
所述FET管采用GaAs FET器件。
3.根据权利要求1所述的毫米波变频多功能芯片，其特征在于，所述本振电路包括：
第一放大器(107)、无源倍频器(106)以及第二放大器(109)；
所述第一放大器(107)的输出端与所述无源倍频器(106)的输入端电连接，所述无源倍频器(106)的输出端与所述第二放大器(109)的输入端电连接，所述第二放大器(109)的输出端与所述第一开关电路(101)的第一端电连接。
4.根据权利要求1所述的毫米波变频多功能芯片，其特征在于，所述接收通道包括：第一数控衰减器(102)、第三放大器(103)、第二数控衰减器(104)以及第一混频器(105)；
所述第一数控衰减器(102)的输入端与所述第一开关电路(101)的第二端电连接，所述第一数控衰减器(102)的输出端与所述第三放大器(103)的输入端电连接，所述第三放大器(103)的输出端与所述第二数控衰减器(104)的输入端电连接，所述第二数控衰减器(104)的输出端与所述第一混频器(105)的第一输入端电连接，所述第一混频器(105)的第二输入端与所述第二开关电路(108)的第二端电连接；
所述第一混频器(105)根据第一输入端以及第二输入端的信号输出中频接收信号。
5.根据权利要求4所述的毫米波变频多功能芯片，其特征在于，所述发射通道包括：第二混频器(112)、第三数控衰减器(111)以及第四放大器(110)；
所述第二混频器(112)的第一输入端与所述第二开关电路(108)的第三端电连接，所述第二混频器(112)的输出端与所述第三数控衰减器(111)的输入端电连接，所述第三数控衰减器(111)的输出端与所述第四放大器(110)的输入端电连接，所述第四放大器(110)的输出端与所述第一开关电路(101)的第三端电连接；
所述第二混频器(112)根据第一输入端以及第二输入端的信号输出射频输出信号。
6.根据权利要求5所述的毫米波变频多功能芯片，其特征在于，所述第一混频器(105)以及所述第二混频器(112)均包括：本振电桥单元(301)以及两个混频单元；
所述本振电桥单元(301)将本振信号分成两个正交的信号，所述本振电桥单元(301)的两个输出端分别与两个所述混频单元的第一端电连接，两个所述混频单元的第三端电连接；
所述混频单元将第一端的信号以及第二端的中频信号进行混频在第三端输出射频输出信号，或所述混频单元将第一端的信号以及第三端的射频输入信号进行混频在第二端输出中频输入信号
所述混频单元包括：本振巴伦(302)、二极管对(303)以及射频巴伦(304)；
所述本振巴伦(302)的第一端与所述本振电桥单元(301)的一个输出端电连接，所述本振巴伦(302)的第二端以及第三端分别与所述二极管对(303)的第一端以及第三端电连接；
所述二极管对(303)的第二端以及第四端分别与所述射频巴伦(304)的第一端以及第二端电连接；两个所述混频单元的射频巴伦(304)的第三端电连接；
所述二极管对(303)将所述本振巴伦(302)的第四端接入的中频信号、第二端以及第三端输出的信号进行混频，生成射频输出信号，或将所述射频巴伦(304)第一端、第二端、所述本振巴伦(302)第二端以及第三端输出的信号进行混频，生成中频输入信号；
所述二极管对(303)包括依次首尾环形连接在一起的四个二极管，四个二极管彼此之间的连接点依次为所述二极管对(303)的第一端、第二端、第三端以及第四端。
7.根据权利要求1-6任一项所述的毫米波变频多功能芯片，其特征在于，所述的毫米波变频多功能芯片背面金属接地；所述的毫米波变频多功能芯片基于GaAs E/D PHEMT工艺开发。
8.一种毫米波变频多功能芯片测试方法，其特征在于，用于测试如权利要求1-7任一项所述的毫米波变频多功能芯片，包括：
将所述接收通道的数控衰减调整为0；
启用所述接收通道，通过在所述接收通道的输入端接入射频源，获得所述接收通道输出端在射频源不同频率时的增益；
将接收通道的数控衰减调整为0；
启用所述发送通道，通过在所述发送通道的输入端接入中频源，获得所述接收通道输出端在中频源不同频率时的增益。
9.根据权利要求8所述毫米波变频多功能芯片测试方法，其特征在于，所述启用所述接收通道，通过在所述接收通道的输入端接入射频源，获得所述接收通道输出端在射频源不同频率时的增益，包括：
将所述第一开关电路(101)切换到第一端与第二端电连接，将所述第二开关电路(108)切换到第一端与第二端电连接；
将所述第一开关电路(101)的第一端连接射频源；
通过调整射频源的输出频率和本振的频率，使得第一混频器(105)的输出端的频率稳定在预设值；
获得所述接收通道输出端在不同频率时的增益。
10.根据权利要求8所述毫米波变频多功能芯片测试方法，其特征在于，所述启用所述发送通道，通过在所述发送通道的输入端接入中频源，获得所述接收通道输出端在中频源不同频率时的增益，包括：
将所述第一开关电路(101)切换到第一端与第三端电连接，将所述第二开关电路(108)切换到第一端与第三端电连接；
将所述接收通道第二输入端连接中频源，固定中频源的频率在预设值；
通过调整所述中频源的输出频率，获得所述第一开关电路(101)第一端在不同频率时的增益。
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