專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高性能的寬帶自舉激勵(lì)管芯結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能的寬帶自舉激勵(lì)管芯結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
單片集成的微波功率放大器作為無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)的主要組成部分，在導(dǎo)航、衛(wèi)星地面站、雷達(dá)、電子對(duì)抗設(shè)備、通信研究中都占據(jù)著重要位置，有著廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)發(fā)展極其迅速。為滿(mǎn)足各適用領(lǐng)域·對(duì)單片功率放大器的更高功率、更高效率、更高可靠性和更寬帶寬的要求，開(kāi)發(fā)高壓、高效、大功率的單片功率放大器成為必然趨勢(shì)。而傳統(tǒng)的MMIC功率放大器設(shè)計(jì)過(guò)程中，管芯的設(shè)計(jì)通常采用若干BJT并聯(lián)的形式，這種功率合成的方式本質(zhì)上采用的是電流合成的方法。這種方法在帶寬方面有它固有的局限性，因?yàn)椴捎貌⒙?lián)形式的管芯所需的最佳負(fù)載阻抗通常都很小，使得輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值通常都很大，從而在帶寬方面沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)，很難用在一些對(duì)帶寬有嚴(yán)格要求的功率放大器中。同時(shí)由于BJT是并聯(lián)的，所以集電極輸出的電壓擺幅受限于單個(gè)晶體管的擊穿電壓，為了避免BJT進(jìn)入擊穿區(qū)，從而使得集電極輸出的射頻信號(hào)的電壓擺幅很難做得很大，也一定程度上限制了輸出功率的進(jìn)一步提高，也因此傳統(tǒng)的并聯(lián)形式的管芯結(jié)構(gòu)在增益和效率方面受到了一定限制。針對(duì)傳統(tǒng)的并聯(lián)BJT構(gòu)成功率放大器管芯所帶來(lái)的在帶寬，輸出功率，效率方面的不足之處，有一種采用串聯(lián)BJT構(gòu)成功率放大器管芯的方法，而傳統(tǒng)的串聯(lián)BJT構(gòu)成功率放大器管芯的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為cascode結(jié)構(gòu)，本發(fā)明更在傳統(tǒng)串聯(lián)形式的cascode結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成一種新的串聯(lián)BJT的自舉激勵(lì)結(jié)構(gòu)，可以在保證穩(wěn)定性的前提下提高功率放大器的工作帶寬，輸出功率和功率附加效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能的寬帶自舉激勵(lì)管芯結(jié)構(gòu)。該管芯結(jié)構(gòu)具有高輸出功率，高效率，高穩(wěn)定性。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一晶體管Ml、第二晶體管M2、柵極偏置電源Vg、漏極偏置電源VDD ；
第一電阻Rl、第一電容Cl的一端均為射頻輸入端，外接射頻輸入信號(hào)，第一電阻Rl、第一電容Cl的另一端與第一晶體管Ml的基極相連接，第一晶體管Ml的集電極與第二晶體管M2的發(fā)射極相連接，第一晶體管Ml的發(fā)射極接地；第二晶體管M2的集電極外接三路，一路為射頻輸出端，輸出射頻信號(hào)；另一路外接漏極偏置電源VDD ;再一路與第三電容C3的一端相連接；第三電容C3的另一端與第二晶體管M2的基極、第二電阻R2的一端、第二電容C2的一端相連接；第二電阻R2的另一端與柵極偏置電源Vg相連接，第二電容C2的另一端接地。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明所述的管芯結(jié)構(gòu)中，第一晶體管Ml、第二晶體管M2構(gòu)成所述的共射共基結(jié)構(gòu)，即自舉激勵(lì)結(jié)構(gòu)，為本發(fā)明的核心結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)所需要的最佳負(fù)載阻抗比傳統(tǒng)并聯(lián)BJT形式的管芯結(jié)構(gòu)要大得多，因此輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值就會(huì)小很多，從而導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)的工作帶寬能夠大大提高。本發(fā)明射頻信號(hào)通過(guò)第一電容Cl與第一電阻Rl構(gòu)成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)輸入到第一晶體管Ml的基極，第二晶體管M2的基極饋電支路上加有第二電阻R2，一方面是饋電需要，一方面第二電阻R2也保證了第二晶體管M2集電極輸入阻抗的實(shí)部為正，用以保證管芯的帶內(nèi)穩(wěn)定性；第二晶體管M2的集電極和基極之間添加了一個(gè)第三電容C3，該電容可提高整個(gè)管芯的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的cascode結(jié)構(gòu)中第二晶體管M2的基極直接接地的情況相比，本發(fā)明第二 晶體管M2的基極沒(méi)有直接接地，而是通過(guò)第二電容C2接地，第二電容C2 —方面與第二晶體管M2內(nèi)寄生電容Cbe形成分壓網(wǎng)絡(luò)，保證基極上的電壓不為零，使第二晶體管M2的集電極和基極之間的電壓能夠位于擊穿電壓以下，另一方面為前級(jí)第一晶體管Ml提供最佳負(fù)載阻抗，保證能夠輸出最大的功率。本發(fā)明在頻率小于18GHz時(shí)，功率和效率明顯，因?yàn)榇藭r(shí)輸入阻抗和最佳負(fù)載阻抗接近純組，兩個(gè)晶體管上的電流擺幅一致，電壓合成同相，合成效率高。本發(fā)明無(wú)需冗長(zhǎng)的傳輸線(xiàn)，使得芯片的封裝密度很大，版圖面積很小，因此這種結(jié)構(gòu)減小了芯片的制造成本。


圖I是本發(fā)明電路示意 圖中，第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一晶體管Ml、第二晶體管M2、柵極偏置電源Vg、漏極偏置電源VDD。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，一種高性能的寬帶自舉激勵(lì)管芯結(jié)構(gòu)，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一晶體管Ml、第二晶體管M2、柵極偏置電源Vg、漏極偏置電源VDD ；
第一電阻Rl、第一電容Cl的一端均為射頻輸入端，外接射頻輸入信號(hào)，第一電阻Rl、第一電容Cl的另一端與第一晶體管Ml的基極相連接，第一晶體管Ml的集電極與第二晶體管M2的發(fā)射極相連接，第一晶體管Ml的發(fā)射極接地；第二晶體管M2的集電極外接三路，一路為射頻輸出端，輸出射頻信號(hào)；另一路外接漏極偏置電源VDD ;再一路與第三電容C3的一端相連接；第三電容C3的另一端與第二晶體管M2的基極、第二電阻R2的一端、第二電容C2的一端相連接；第二電阻R2的另一端與柵極偏置電源Vg相連接，第二電容C2的另一端接地。本發(fā)明所述的管芯結(jié)構(gòu)中，第一晶體管Ml、第二晶體管M2構(gòu)成所述的共射共基結(jié)構(gòu)，即自舉激勵(lì)結(jié)構(gòu)，為本發(fā)明的核心結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)所需要的最佳負(fù)載阻抗比傳統(tǒng)并聯(lián)BJT形式的管芯結(jié)構(gòu)要大得多，因此輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值就會(huì)小很多，從而導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)的工作帶寬能夠大大提高。但是輸入阻抗同單一 BJT的基本一樣，因此輸入匹配網(wǎng)絡(luò)能夠做的比較簡(jiǎn)單。同時(shí)由于兩個(gè)BJT是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上是一種電壓合成方式，這樣落在每個(gè)晶體管上的電壓擺幅就小了，這樣就不容易造成晶體管的擊穿，某種程度上也解決了晶體管擊穿電壓小容易擊穿的問(wèn)題，等效地，總的管芯輸出的最大電壓擺幅相對(duì)于并聯(lián)BJT的結(jié)構(gòu)就會(huì)大大增加，從而能夠提高功率放大器最終的輸出功率。
如圖I所示，射頻信號(hào)通過(guò)第一電容Cl與第一電阻Rl構(gòu)成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)輸入到第一晶體管Ml的基極，其中第一電容Cl與第一電阻Rl主要是為了削減管芯在低頻段的增益，保證管芯在低頻段的穩(wěn)定性。同時(shí)第二晶體管M2是帶內(nèi)不穩(wěn)定的主要來(lái)源，因?yàn)榈诙w管M2的發(fā)射極帶有第一晶體管Ml在集電極輸出的容性負(fù)載，使得第二晶體管M2的集電極輸入阻抗產(chǎn)生負(fù)阻抗。因此在第二晶體管M2的基極饋電支路上加上第二電阻R2，一方面是饋電需要，一方面第二電阻R2也保證了第二晶體管M2集電極輸入阻抗的實(shí)部為正，用以保證管芯的帶內(nèi)穩(wěn)定性。同時(shí)，與傳統(tǒng)的cascode結(jié)構(gòu)中第二晶體管M2的基極直接接地的情況相比，此處第二晶體管M2的基極沒(méi)有直接接地，而是通過(guò)第二電容C2接地，第二電容C2 —方面與第二晶體管M2內(nèi)寄生電容Cbe形成分壓網(wǎng)絡(luò)，保證基極上的電壓不為零，使第二晶體管M2的集電極和基極之間的電壓能夠位于擊穿電壓以下，另一方面為前級(jí)第一晶體管Ml提供最佳負(fù)載阻抗，保證能夠輸出最大的功率。本發(fā)明在頻率小于18GHz時(shí)，功率和效率明顯，因?yàn)榇藭r(shí)輸入阻抗和最佳負(fù)載阻抗接近純組，兩個(gè)晶體管上的電流擺幅一致，電壓合成同相，合成效率高，隨著頻率的增加，每個(gè)晶體管上的電壓擺幅由于寄生電抗的關(guān)系，會(huì)出現(xiàn)相位的偏差，導(dǎo)致電壓合成效率降低，為了改善這種情況，采用增加第一晶體管Ml的基極面積的方法。本發(fā)明無(wú)需冗長(zhǎng)的傳輸線(xiàn)，使得芯片的封裝密度很大，版圖面積很小，因此這種結(jié)構(gòu)減小了芯片的制造成本。第二晶體管M2的集電極和基極之間添加了一個(gè)第三電容C3，該電容可提高整個(gè)管芯的穩(wěn)定性。以上所述只是本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改，等同替換，改進(jìn)等，比如兩級(jí)級(jí)聯(lián)管芯變成三級(jí)級(jí)聯(lián)或者類(lèi)似的若干級(jí)級(jí)聯(lián)管芯，共射極(CE)BJT基極上的并聯(lián)阻容網(wǎng)絡(luò)變成串聯(lián)阻容網(wǎng)絡(luò)等均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高性能的寬帶自舉激勵(lì)管芯結(jié)構(gòu)，包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一晶體管Ml、第二晶體管M2、柵極偏置電源Vg、漏極偏置電源VDD ;其特征在于 第一電阻Rl、第一電容Cl的一端均為射頻輸入端，外接射頻輸入信號(hào)，第一電阻Rl、第一電容Cl的另一端與第一晶體管Ml的基極相連接，第一晶體管Ml的集電極與第二晶體管M2的發(fā)射極相連接，第一晶體管Ml的發(fā)射極接地；第二晶體管M2的集電極外接三路，一路為射頻輸出端，輸出射頻信號(hào)；另一路外接漏極偏置電源VDD ;再一路與第三電容C3的一端相連接；第三電容C3的另一端與第二晶體管M2的基極、第二電阻R2的一端、第二電容C2的一端相連接；第二電阻R2的另一端與柵極偏置電源Vg相連接，第二電容C2的另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高性能的寬帶自舉激勵(lì)管芯結(jié)構(gòu)。本發(fā)明第一電阻R1、第一電容C1的一端均為射頻輸入端，第一電阻R1、第一電容C1的另一端與第一晶體管M1的基極相連接，第一晶體管M1的集電極與第二晶體管M2的發(fā)射極相連接，第一晶體管M1的發(fā)射極接地；第二晶體管M2的集電極外接三路，一路為射頻輸出端，輸出射頻信號(hào)；另一路外接漏極偏置電源VDD；再一路與第三電容C3的一端相連接；第三電容C3的另一端與第二晶體管M2的基極、第二電阻R2的一端、第二電容C2的一端相連接；第二電阻R2的另一端與柵極偏置電源Vg相連接，第二電容C2的另一端接地。本發(fā)明管芯結(jié)構(gòu)具有高輸出功率，高效率，高穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H03F1/02GK102931921SQ20121039446
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者郁發(fā)新, 黃正亮, 李博 申請(qǐng)人:浙江鋮昌科技有限公司