与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片制造技术

本发明专利技术公开了与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，包括设置在衬底上的有源区、射频输出匹配网络、耦合微带电路、预匹配电路以及检波电路，耦合微带电路与射频输出匹配网络共用一段微带线，预匹配电路将耦合出的射频功率以阻抗匹配的方式传输至二极管输入端，经RC检波电路后，由Vout压点输出检波电压。本发明专利技术通过把定向耦合器加检波器的传统检波方式，改进为利用功率放大器射频输出传输线进行射频功率耦合，并对进入检波二极管的射频功率进行两级LC预匹配，在不增加功率放大器芯片尺寸的条件下，集成了检波功能，减小了微波组件的设计复杂度，且通过两级LC预匹配，大大提高了检波灵敏度和有效工作带宽。

【技术实现步骤摘要】
与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片
本专利技术涉及一种片上集成检波功能的三代半导体GaN功率放大器芯片，具体涉及一种采用预匹配紧凑型耦合结构的具有检波功能的GaN功率放大器MMIC。
技术介绍
固态功率器件是微波通信系统中的关键元件，尤其是微波功率器件和单片电路是无线通信等系统中的核心元器件。GaNHEMT作为第三代宽禁带化合物半导体器件，在微波功率器件应用领域有较Si和GaAs半导体材料显著的性能优势，有高输出功率密度，高击穿电压、耐高温，抗辐照特性好等优点。随着5G通信体制的发展，微波通信系统对发射组件的小型化要求越来越高。提高芯片的集成度，减小芯片的尺寸对组件小型化具有重要作用。传统的微波组件中，通过在功率放大器芯片输出端接标准的定向耦合器，将射频功率耦合至检波器，并以检波电压的方式输出，从而实现检测功率放大器输出功率的目的。外围的耦合电路及检波芯片必然占用了组件中的空间，不利于组件的小型化设计，且功率放大器芯片与耦合器及检波器之间需要金丝互连，增加了微波组件装配的复杂度。而检波二极管的射频输入阻抗与耦合微带的阻抗差异大，匹配不好，导致射频功率被部分反射浪费，降低了检波灵敏度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，利用功率放大器输出匹配网络的微带线作为耦合结构的一部分，并将耦合得到的功率经过两级LC匹配电路，以阻抗匹配的方式传输至二极管输入端，并经过RC检波后，输出检波电压，从而实现对功率放大器输出功率的监测。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，所述预匹配紧凑型耦合检波电路芯片包括衬底、有源区、射频输出匹配网络、耦合微带电路、预匹配电路以及检波电路，所述有源区、射频输出匹配网络、耦合微带电路、预匹配电路以及检波电路均设置在衬底上，有源区的输出端与射频输出匹配网络的输入端连接，射频输出匹配网络的输出端与RFout压点连接，检波电路的输出端与Vout压点连接，射频输出匹配网络输出的射频功率一部分由耦合微带电路耦合出来，另一部分经RFout压点输出，预匹配电路将耦合微带电路耦合出来的那部分射频功率以阻抗匹配的方式传输至检波电路，经Vout压点输出检波电压。作为本专利技术的一种优选方案，所述衬底所采用的材料包括但不限于碳化硅、硅、蓝宝石、金刚石。作为本专利技术的一种优选方案，所述预匹配电路包括第一级LC电路和第二级LC电路，第一级LC电路与第二级LC电路级联。作为本专利技术的一种优选方案，所述射频输出匹配网络包括第一微带线，耦合微带电路包括第一微带线、第二微带线、第二电阻，即射频输出匹配网络与耦合微带电路共用第一微带线，第一微带线与第二微带线平行设置，预匹配电路包括第一至第二电感、第一至第二电容，检波电路包括第三微带线、二极管、第三电阻、第四电容；第一电感的一端依次经第二微带线和第二电阻后接地，第一电感的另一端经第一电容后接地，第一电感的另一端还与第二电感的一端连接，第二电感的另一端经第二电容后接地；第二电感的另一端还经第三微带线与二极管的阳极连接，第三电阻与第四电容并联后，一端接地，另一端接二极管的阴极，另一端还接Vout压点。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一电感、第二电感均采用的是微带线。作为本专利技术的一种优选方案，所述有源区包括第一至第八晶体管，射频输出匹配网络还包括第五至第二十四微带线、第四至第十电阻、第五至第十一电容，第一至第八晶体管中，每个晶体管的源极均接地；第一晶体管的漏极经第五微带线接第十三微带线的一端，第一晶体管的漏极还接第四电阻的一端，第二晶体管的漏极经第六微带线接第十三微带线的一端，第二晶体管的漏极还接第四电阻的另一端、第五电阻的一端，第十三微带线的另一端接第十七微带线的一端、第十八微带线的一端，第十七微带线的另一端经第五电容接地，第十八微带线的另一端接第六电容的一端，第六电容的另一端接地，第十八微带线的另一端还经第一微带线接第十一电容的一端，第十一电容的另一端接RFout压点；第三晶体管的漏极经第七微带线接第十四微带线的一端，第三晶体管的漏极还接第五电阻的另一端、第六电阻的一端，第四晶体管的漏极经第八微带线接第十四微带线的一端，第四晶体管的漏极还接第六电阻的另一端、第七电阻的一端，第十四微带线的另一端接第十九微带线的一端、第二十微带线的一端，第十九微带线的另一端接第十八微带线的另一端、第六电容的一端，第二十微带线的另一端经第七电容接地；第五晶体管的漏极经第九微带线接第十五微带线的一端，第五晶体管的漏极还接第七电阻的另一端、第八电阻的一端，第六晶体管的漏极经第十微带线接第十五微带线的一端，第六晶体管的漏极还接第八电阻的另一端、第九电阻的一端，第十五微带线的另一端接第二十一微带线的一端、第二十二微带线的一端，第二十一微带线的另一端经第八电容接地，第二十二微带线的另一端经第四微带线接第十一电容的一端，第二十二微带线的另一端还接第九电容的一端，第九电容的另一端接地；第七晶体管的漏极经第十一微带线接第十六微带线的一端，第七晶体管的漏极还接第九电阻的另一端、第十电阻的一端，第八晶体管的漏极经第十二微带线接第十六微带线的一端，第八晶体管的漏极还接第十电阻的另一端，第十六微带线的另一端接第二十三微带线的一端、第二十四微带线的一端，第二十三微带线的另一端接第二十二微带线的另一端、第九电容的一端，第二十四微带线的另一端经第十电容接地。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术通过利用功率放大器输出匹配网络的微带线作为耦合结构的一部分，并将耦合得到的功率经过两级LC匹配电路，以阻抗匹配的方式传输至检波二极管输入端，并经过RC检波电路后，输出检波电压，实现输出功率检测。2、本专利技术的预匹配紧凑型功率检波芯片技术可以有效提高检测灵敏度，减小芯片尺寸。附图说明图1是本专利技术预匹配紧凑型耦合检波电路芯片的电路布局图。图2是本专利技术预匹配紧凑型耦合检波电路芯片的电路原理图。图3是三种功率耦合检波芯片检波输出电压仿真结果。图4是传统定向耦合器+检波器+功率放大器芯片布局图。图5是无预匹配紧凑型耦合器+检波器+功率放大器芯片布局图。图6是预匹配紧凑型耦合器+检波器+功率放大器芯片布局图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，为本专利技术与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片电路图，包括衬底、有源区(1)、射频输出匹配网络(2)、耦合微带电路(3A)、预匹配电路(3B)以及检波电路(3C)，有源区(1)、射频输出匹配网络(2)、耦合微带电路(3A)、预匹配电路(3B)、检波电路(3C)均设置在衬底上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，其特征在于，所述预匹配紧凑型耦合检波电路芯片包括衬底、有源区、射频输出匹配网络、耦合微带电路、预匹配电路以及检波电路，所述有源区、射频输出匹配网络、耦合微带电路、预匹配电路以及检波电路均设置在衬底上，有源区的输出端与射频输出匹配网络的输入端连接，射频输出匹配网络的输出端与RFout压点连接，检波电路的输出端与Vout压点连接，射频输出匹配网络输出的射频功率一部分由耦合微带电路耦合出来，另一部分经RFout压点输出，预匹配电路将耦合微带电路耦合出来的那部分射频功率以阻抗匹配的方式传输至检波电路，经Vout压点输出检波电压。/n

【技术特征摘要】
1.与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，其特征在于，所述预匹配紧凑型耦合检波电路芯片包括衬底、有源区、射频输出匹配网络、耦合微带电路、预匹配电路以及检波电路，所述有源区、射频输出匹配网络、耦合微带电路、预匹配电路以及检波电路均设置在衬底上，有源区的输出端与射频输出匹配网络的输入端连接，射频输出匹配网络的输出端与RFout压点连接，检波电路的输出端与Vout压点连接，射频输出匹配网络输出的射频功率一部分由耦合微带电路耦合出来，另一部分经RFout压点输出，预匹配电路将耦合微带电路耦合出来的那部分射频功率以阻抗匹配的方式传输至检波电路，经Vout压点输出检波电压。


2.根据权利要求1所述与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，其特征在于，所述衬底所采用的材料包括但不限于碳化硅、硅、蓝宝石、金刚石。


3.根据权利要求1所述与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，其特征在于，所述预匹配电路包括第一级LC电路和第二级LC电路，第一级LC电路与第二级LC电路级联。


4.根据权利要求1所述与GaN功率放大器集成的预匹配紧凑型耦合检波电路芯片，其特征在于，所述射频输出匹配网络包括第一微带线(MSL1)，耦合微带电路包括第一微带线(MSL1)、第二微带线(MSL2)、第二电阻(R2)，即射频输出匹配网络与耦合微带电路共用第一微带线(MSL1)，第一微带线(MSL1)与第二微带线(MSL2)平行设置，预匹配电路包括第一至第二电感(L1-L2)、第一至第二电容(C1-C2)，检波电路包括第三微带线(MSL3)、二极管(D)、第三电阻(R3)、第四电容(C4)；第一电感(L1)的一端依次经第二微带线(MSL2)和第二电阻(R2)后接地，第一电感(L1)的另一端经第一电容(C1)后接地，第一电感(L1)的另一端还与第二电感(L2)的一端连接，第二电感(L2)的另一端经第二电容(C2)后接地；第二电感(L2)的另一端还经第三微带线(MSL3)与二极管(D)的阳极连接，第三电阻(R3)与第四电容(C4)并联后，一端接地，另一端接二极管(D)的阴极，另一端还接Vout压点。


5.根据权利要求4所述与GaN功率放大器集成的预匹...

【专利技术属性】
技术研发人员：金辉，陶洪琪，余旭明，叶川，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32