耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统技术方案

本发明专利技术涉及耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统，该场效应管开关包括自举电容以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻；所述场效应管开关的射频信号输入端与射频信号输出端连接，所述射频信号输入端与射频信号输出端之间的节点通过串联的各所述漏源电阻和所述自举电容接地；每个所述FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个所述漏源电阻的两端，每个所述FET管芯的栅极通过一个所述栅极串联电阻连接所述场效应管开关的控制端。采用本发明专利技术提供的场效应管开关，可以在不增加、甚至降低开关损耗和面积的前提下提高开关的耐功率水平。

【技术实现步骤摘要】
耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统
本专利技术涉及雷达通信
，尤其涉及一种耐功率的场效应管开关、开关限幅芯片及射频前端系统。
技术介绍
传统相控阵雷达的射频前端系统主要由分立的衰减器芯片、移相器芯片、发射驱放芯片、接收驱放芯片、电源芯片、功放芯片、低噪放芯片、开关芯片（或环形器）和限幅器芯片组成，每个通道需要8~10个芯片。其中，开关芯片（或环形器）用来对发射链路和接收链路进行切换，以使系统实现发射或接收功能。由于环形器需要使用铁氧体材料制造，体积和重量都很大，因此使用受到很多限制。随着射频前端组件对于集成度、小型化、轻量化的要求日益提高，开关芯片的应用越来越多。但是开关芯片相比于环形器，在耐功率方面的设计更加困难，可以承受较大功率（一般大于1W）的开关，其损耗也比环形器大，会影响系统的工作效率。目前，一般的射频开关由于所在的链路位置功率量级较小（一般小于0.5W/27dBm），不需要针对所能承受的功率进行优化或特殊设计即可满足要求。射频开关通常采用多个场效应晶体管（FET）器件实现相应功能，工作原理是对FET器件的栅极施加相应的控制电压，使FET器件处于导通或截止（也称关断）状态，从而对电路产生不同的影响，以实现不同射频通路的“开”或“关”。处于导通态时，FET器件主要等效为导通电阻Ron，处于截止态时，FET器件主要等效为截止电容Coff。一般的耗尽型FET器件传递函数特性如图1所示，VBR为栅漏击穿电压，VTH为阈值电压，VG为栅极电压，IDS为漏源电流。当FET器件用作开关设计时，控制FET器件截止的截止控制电压Voff介于VTH和VBR之间，截止状态的耐功率水平由|Voff－VBR|或|Voff－VTH|决定，而控制FET器件导通的导通控制电压Von大于VTH，导通状态的耐功率水平除了受|Von－VTH|控制，还受漏源电流IDS的饱和电流影响。随着现代相控阵雷达中的射频前端系统对于系统的体积、重量、集成度、效率等指标要求越来越高，也越来越多地在射频前端系统中使用射频开关。尤其是连接末级大功率放大器（功放，PA）输出端的射频开关，需要能承受住功率放大器的输出功率（一般大于1W/30dBm），并在此基础上留有一定功率余量，以保证可靠性。由于射频信号通过时，会在开关FET器件的栅极和漏极之间形成电压摆幅，射频功率越大则形成的电压摆幅越大。若电压摆幅超过FET器件的栅漏击穿电压VBR，就有可能导致FET器件击穿烧毁，或者影响长期使用的可靠性，同时FET器件导通或截止状态的电压摆幅还受限于阈值电压VTH。为了提高射频开关的耐功率水平，传统的大功率射频开关通常采用多个FET器件串联或使用PIN二极管进行开关设计。多个FET器件串联可以分担射频功率在栅极和漏极之间形成的电压摆幅，减小了每个FET器件的压力，但是会导致导通时的等效电阻增大（相当于电阻串联），从而增加了信号通过时的损耗，降低系统的输出功率和效率。若要减小等效电阻，就需要增大每个串联FET器件的栅宽，这又会导致开关电路所占芯片面积的增加，使设计难度和成本也相应增加。使用PIN二极管设计开关，虽然可以一定程度解决耐功率问题，但PIN二极管导通时会产生直流功耗，因此会影响系统的效率指标。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述至少一部分缺陷，提供一种能够在不增加开关损耗和面积的前提下，提高耐功率水平的场效应管开关。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种耐功率的场效应管开关，包括自举电容以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻；所述场效应管开关的射频信号输入端与射频信号输出端连接，所述射频信号输入端与射频信号输出端之间的节点通过串联的各所述漏源电阻和所述自举电容接地；每个所述FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个所述漏源电阻的两端，每个所述FET管芯的栅极通过一个所述栅极串联电阻连接所述场效应管开关的控制端。优选地，各所述FET管芯均为GaAspHEMT管芯。本专利技术还提供了一种开关限幅芯片，包括：发射支路开关、接收支路开关和接收支路限幅器，其中，所述发射支路开关和接收支路开关均采用如上述任一项所述的场效应管开关；所述开关限幅芯片的功放端PA用于与发射功放芯片的输出端连接，低噪放端LNA用于与接收低噪放芯片的输入端连接，收发端Tx/Rx用于与天线端连接；所述开关限幅芯片的功放端PA通过所述发射支路开关连接收发端Tx/Rx，收发端Tx/Rx通过串联的所述接收支路开关和接收支路限幅器连接低噪放端LNA。优选地，所述接收支路限幅器采用PIN二极管作为限幅器件。优选地，所述接收支路限幅器包括第一PIN二极管D1至第六PIN二极管D6、第一电感L1至第五电感L5；所述接收支路限幅器的大功率输入端PA1用于与所述接收支路开关连接，限幅输出端LNA2用于与接收低噪放芯片连接；第一电感L1、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5串联，设于所述大功率输入端PA1与所述限幅输出端LNA2之间，第一电感L1与第三电感L3之间的节点分别通过第一PIN二极管D1、第二PIN二极管D2、第二电感L2接地，第三电感L3与第四电感L4之间的节点分别通过第三PIN二极管D3、第四PIN二极管D4接地，第四电感L4与第五电感L5之间的节点分别通过第五PIN二极管D5、第六PIN二极管D6接地。优选地，还包括第一匹配电容M_C1至第三匹配电容M_C3，第一匹配电感M_L1至第三匹配电感M_L3；所述开关限幅芯片的功放端PA通过串联的第一匹配电容M_C1和第一匹配电感M_L1连接所述发射支路开关的射频信号输入端，所述发射支路开关的射频信号输出端通过串联的第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2连接所述开关限幅芯片的收发端Tx/Rx，且第二匹配电感M_L2和第二匹配电容M_C2之间的节点通过第三匹配电容M_C3接地；所述开关限幅芯片的收发端Tx/Rx通过串联的第二匹配电容M_C2和第三匹配电感M_L3连接所述接收支路开关的射频信号输入端，所述接收支路开关的射频信号输出端连接所述接收支路限幅器的大功率输入端，所述接收支路限幅器的限幅输出端连接所述开关限幅芯片的低噪放端LNA。本专利技术还提供了一种射频前端系统，采用如上述任一项所述的开关限幅芯片，所述开关限幅芯片的收发端引出为系统的收发端。优选地，还包括发射功放芯片、接收低噪放芯片和单通道收发芯片，所述单通道收发芯片与所述发射功放芯片信号连接，所述发射功放芯片与所述开关限幅芯片信号连接，所述开关限幅芯片与所述接收低噪放芯片信号连接，所述接收低噪放芯片与所述单通道收发芯片信号连接；所述单通道收发芯片包括发射和接收信号公共端，用于系统内部发射和接收射频信号，还包括控制信号端，用于对单通道收发芯片内部的各模块进行控制；所述单通道收发芯片用于根据所述控制信号端输入的控制信号，对发射和接收的射频信号进行幅度和/或相位控制，并控制所述开关限幅芯片的开关状态，所述发射功放芯片用于对所述单通道收发芯片输出的射频信号进行功率放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐功率的场效应管开关，其特征在于，包括：自举电容以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻；/n所述场效应管开关的射频信号输入端与射频信号输出端连接，所述射频信号输入端与射频信号输出端之间的节点通过串联的各所述漏源电阻和所述自举电容接地；每个所述FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个所述漏源电阻的两端，每个所述FET管芯的栅极通过一个所述栅极串联电阻连接所述场效应管开关的控制端。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐功率的场效应管开关，其特征在于，包括：自举电容以及至少一个FET管芯、至少一个漏源电阻、至少一个栅极串联电阻；
所述场效应管开关的射频信号输入端与射频信号输出端连接，所述射频信号输入端与射频信号输出端之间的节点通过串联的各所述漏源电阻和所述自举电容接地；每个所述FET管芯的源极、漏极分别对应连接一个所述漏源电阻的两端，每个所述FET管芯的栅极通过一个所述栅极串联电阻连接所述场效应管开关的控制端。


2.根据权利要求1所述的耐功率的场效应管开关，其特征在于：各所述FET管芯均为GaAspHEMT管芯。


3.一种开关限幅芯片，其特征在于，包括：发射支路开关、接收支路开关和接收支路限幅器，其中，所述发射支路开关和接收支路开关均采用如权利要求1-2任一项所述的场效应管开关；
所述开关限幅芯片的功放端PA用于与发射功放芯片的输出端连接，低噪放端LNA用于与接收低噪放芯片的输入端连接，收发端Tx/Rx用于与天线端连接；所述开关限幅芯片的功放端PA通过所述发射支路开关连接收发端Tx/Rx，收发端Tx/Rx通过串联的所述接收支路开关和接收支路限幅器连接低噪放端LNA。


4.根据权利要求3所述的开关限幅芯片，其特征在于：所述接收支路限幅器采用PIN二极管作为限幅器件。


5.根据权利要求4所述的开关限幅芯片，其特征在于：所述接收支路限幅器包括第一PIN二极管D1至第六PIN二极管D6、第一电感L1至第五电感L5；
所述接收支路限幅器的大功率输入端PA1用于与所述接收支路开关连接，限幅输出端LNA2用于与接收低噪放芯片连接；第一电感L1、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5串联，设于所述大功率输入端PA1与所述限幅输出端LNA2之间，第一电感L1与第三电感L3之间的节点分别通过第一PIN二极管D1、第二PIN二极管D2、第二电感L2接地，第三电感L3与第四电感L4之间的节点分别通过第三PIN二极管D3、第四PIN二极管D...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，黄剑华，朱恒，陈湜，郑骎，
申请(专利权)人：浙江铖昌科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33