一种基于芯片的功分器及集成电路结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于芯片的功分器及集成电路结构，包括若干个级联的纵向环和横向环，以及若干个调阻电路、调相电路、滤波电路和去耦电路；调阻电路设在级联的纵向环接缝处的环形臂上，调相电路设在级联的横向环之间的环形臂上；在输入端、输出端均设有滤波电路和阻抗可调谐电路；将功分器倒置使用，形成合路器；功分器和合路器的功率分配因子和相位差均可通过调阻和调相电路进行调谐；将功分器的信号输出端通道与合路器的信号输入端通道进行连接，构成带有功分器的集成电路结构。这样的设计，显著提高了片上功分器及其集成电路的通道间隔离度、通道间相位和幅度等技术性能，使整个集成电路具有可调谐特性。

A chip based power divider and integrated circuit structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于芯片的功分器及集成电路结构
本技术涉及微波功分器和集成电路领域，特别是涉及一种基于芯片的功分器及集成电路结构。
技术介绍
现代微波通信系统中，射频前端是是全球移动通信系统、全球定位系统和蓝牙无线通信系统等现代通信系统的关键技术，为了充分利用频谱资源，提高信号传输速率，以及增强系统可靠性，双频及多频射频前端通信电路的应用日益普遍，功分器是微波功率放大器的重要器件，是射频系统和通信系统的关键部件之一。功分器作用在于将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也称为合路器。目前，在现有技术实现T/R芯片内的功分器单元，通常采用威尔金森(Wilkinson)结构，为无源片上单元。一、片上威尔金森功分器结构如图3所示，是一种威尔金森功分器芯片上实现结构，可以在GaAs、GaN、InP、体硅CMOS-RF、SOI-RF等衬底上实现，具体特点如下：(a)采用2个级联的纵向环结构扩展带宽。2个级联的纵向环结构的总体带宽要高于分立的两个非级联环的带宽之和；(b)采用2个级联横向环结构扩展输出通道数量。每个纵向环内有2个横向环，最终输出3个通道。如果每个纵向环内只有1个横向环，则最终输出2个通道，以此类推；(c)每个环的信号线宽度不变。但环与环之间的信号线宽度不同；(d)环与环之间采用一个片上薄膜电阻来平衡通道间功率输出；(e)该功分器反过来使用，也即输入端口变输出端口，输出端口变输入端口，就是功率合路器。<br>二、功分器在射频前端芯片领域的应用功分器在射频前端芯片领域的典型应用为功放，包括多赫蒂、序列以及低噪放(LNA)等类型的功放。这些功放在4G、5G移动通信系统等领域有广泛应用。如图4所示，是一种基于片上威尔金森功分器或合路器的多赫蒂类型功放结构。多赫蒂类型功放有载波功放与峰值功放两个支路，为了进一步扩展带宽，峰值功放支路又可能分成多个支路，对典型的2个峰值功放支路而言，加上载波支路，需要3通道功分器。但是由于衬底、面积、设计等因素的限制，现有技术实现的片上威尔金森功分器或合路器还只有2个纵向环的级联。上述多赫蒂功放的芯片设计具体特点如下：(a)输入端使用威尔金森功分器，输出端将类似功分器反过来使用，变为功率合路器；(b)每个环的信号线宽度不变，片上薄膜电阻阻值不能调谐，造成整体阻抗匹配情况难以调谐；(c)片上功分器将输入信号分为载波功放通道(主通道)，以及峰值功放通道(辅助通道)两部分，先后经过移相匹配电路，再由合路器输出；(d)功分器和合路器不同通道的功率分配因子是静态的，不能动态调谐；(e)功分器不同通道的相位差是静态的，不能动态调谐；(f)功分器不同输入、输出通道的阻抗是静态的，不能动态调谐。因此，在功分器的现有应用当中存在如下问题：1.由于每个环的信号线宽度不变，造成整体阻抗匹配效果不好，驻波比通常在1.5左右，工程应用希望驻波比越小越好，例如接近1.1；驻波比大会造成系统的回波损耗变大，有用的信号都被反射回去了，系统的效率降低；2.环与环之间只有一个片上薄膜电阻来平衡通道间功率输出，造成不同的纵向环之间必须共用一个薄膜电阻。由于不同的纵向环对薄膜电阻的优化目标参数有区别，难以兼顾，因此造成最终的片上威尔金森功分器整体性能降低，最主要影响的参数是通道间的相位不平衡、幅度不平衡和通道间隔离度的降低，而这几个参数对4G/5G移动通信系统是比较重要的参数；3.功分器不同通道的功率分配因子、相位差以及输入输出通道阻抗不能进行动态调谐，应用受限，尤其是射频前端芯片等领域；4.现有功分器没有滤波功能，不同的功率分配通道缺乏频率选择性，没有对5G等新一代移动通信系统进行优化。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的缺点和不足，提出一种基于芯片的功分器及集成电路结构,通过在功分器上设置调阻电路、调相电路、滤波电路和阻抗可调谐电路，以及将每个环的信号线制作成可变的宽度，显著提高了片上功分器及其集成电路的通道间隔离度、通道间相位和幅度等技术性能。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种基于芯片的功分器，包括输入端、输出端以及若干个级联的纵向环和横向环，以及若干个偏置端、调阻电路、调相电路和去耦电路；所述调阻电路设在级联的纵向环接缝处的环形臂上，所述调相电路设在级联的横向环之间的环形臂上；在所述输入端、输出端均设有滤波电路和阻抗可调谐电路；所述去耦电路连接在偏置端与调阻电路、调相电路、阻抗可调谐电路之间。进一步地，所述调阻电路为级联的可调谐电阻或可调谐电阻与薄膜电阻的组合电路；所述调相电路为级联的可调谐电容；在每一个级联的纵向环接缝处均设有至少两个独立的可调谐电阻。上述方案中，通过在功分器的纵向环、横向环上设置调阻电路和调相电路，实现了对通道功率分配因子以及通道间相位差的可调谐能力，同时在纵向环接缝处设置两个独立的可调谐电阻，因而对各自纵向环进行调谐时互不干扰，显著提高了片上功分器及其集成电路的通道间隔离度、通道间相位和幅度等技术性能，进一步降低了通道间的信号干扰。通过采用级联多个纵向环，每个纵向环内可包含多个横向环的方法，进一步增加覆盖频段，可以实现多个倍频程输出。通过优化纵向环组合，可以实现指定频段的覆盖，比如对5G移动通信低于6GHz和高于20GHz两个频段的覆盖，也能对其他频段实现高反射。进一步地，所述输入端具有一个输入通道，所述输出端具有至少三个输出通道。通过级联多个横向环增加输出通道数，可以实现至少三个通道输出。进一步地，所述每个纵向环或横向环的信号线宽度可根据应用需求制作成可变的不同宽度。无论是横向环，还是纵向环，与现有技术的等宽度信号线不同，每个环的信号线宽度都是变化的，可根据不同的应用需求设计制作成宽度变化的信号线，以保证整体性能的最优。进一步地，所述滤波电路(9)为具有隔直功能及通道相关的带通或带阻功能的滤波电路，可以是耦合信号线；所述阻抗可调谐电路(10)为分支电容与可调谐电容的组合电路；所述去耦电路(8)为螺旋电感或者扇形电容组成的电路。该滤波电路在不同的通道有不同的带通及带阻特性，典型地，一个通道对5G移动通信低于6GHz的信号带通，对高于20GHz的信号带阻，而另一个通道则对低于6GHz的信号带阻，对高于20GHz的信号带通；该滤波电路使功分器集成了通道相关的滤波器功能。输入端口和输出端口均有滤波电路及阻抗可调谐电路。滤波电路一个作用是防止可调谐电路的直流信号泄露到输入和输出的射频通道中，另一个作用是滤波选择频段，例如用于选择5G不同频段。阻抗可调谐电路可以动态调谐输入和输出端口呈现的阻抗。滤波可以采用耦合信号线等方案；阻抗可调谐电路可以采用分支电容加可调谐电容(例如变容二极管)的方式实现。这样，可以与外部电路更好地动态匹配，例如天线或其他射频单元。可调谐电阻以及可调谐电容需要在偏置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于芯片的功分器，包括输入端(1)、输出端(2)以及若干个级联的纵向环(6)和横向环(7)，其特征在于：还包括若干个偏置端(3)、调阻电路(4)、调相电路(5)和去耦电路(8)；所述调阻电路(4)设在级联的纵向环(6)接缝处的环形臂上，所述调相电路(5)设在级联的横向环(7)之间的环形臂上；在所述输入端(1)、输出端(2)均设有滤波电路(9)和阻抗可调谐电路(10)；所述去耦电路(8)连接在偏置端(3)与调阻电路(4)、调相电路(5)、阻抗可调谐电路(10)之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于芯片的功分器，包括输入端(1)、输出端(2)以及若干个级联的纵向环(6)和横向环(7)，其特征在于：还包括若干个偏置端(3)、调阻电路(4)、调相电路(5)和去耦电路(8)；所述调阻电路(4)设在级联的纵向环(6)接缝处的环形臂上，所述调相电路(5)设在级联的横向环(7)之间的环形臂上；在所述输入端(1)、输出端(2)均设有滤波电路(9)和阻抗可调谐电路(10)；所述去耦电路(8)连接在偏置端(3)与调阻电路(4)、调相电路(5)、阻抗可调谐电路(10)之间。


2.如权利要求1所述的一种基于芯片的功分器，其特征在于：所述调阻电路(4)为级联的可调谐电阻或可调谐电阻与薄膜电阻的组合电路；所述调相电路(5)为级联的可调谐电容；在每一个级联的纵向环(6)接缝处均设有至少两个独立的可调谐电阻。


3.如权利要求2所述的一种基于芯片的功分器，其特征在于：所述输入端(1)具有一个输入通道，所述输出端(2)具有至少三个输出通道。


4.如权利要求3所述的一种基于芯片的功分器，其特征在于：所述每个纵向环(6)或横向环(7)的信号线宽度可根据应用需求制作成可变的不同宽度。


5.如权利要求4所述的一种基于芯片的功分器，其特征在于：所述滤波电路(9)为具有隔直功能及...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷玉喆，黄永峰，
申请(专利权)人：成都芯图科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川;51