一种中小功率GaN单片收发前端电路制造技术

本发明专利技术属于半导体集成电路领域，涉及一种中小功率GaN单片收发前端电路。包括：开关A单元、功率放大器单元、低噪声放大器单元、数控衰减器单元和开关B单元，通过控制开关A单元和开关B单元的导通模式，配合低噪声放大器单元实现了GaN半导体工艺下收发前端电路的单片集成，且集成后在可靠性、效率、尺寸、稳定性以及一致性等综合性能上都得到了提升，当其应用于相控阵雷达时，能够有效提高有源相控阵雷达的性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种中小功率GaN单片收发前端电路


[0001]本专利技术属于半导体集成电路领域，涉及一种收发前端电路，特别是涉及一种中小功率GaN单片收发前端电路。

技术介绍

[0002]有源相控阵系统使用了大量的收发组件，每个收发通道均包含开关、低噪声放大器、功率放大器等核心器件，这些器件的电性能和可靠性对雷达系统起着至关重要的作用。第三代半导体技术的飞跃，使得GaN工艺开始在电子工程领域广泛应用，许多专家学者在IEEE上报道了多个GaN大功率放大器的研究成果，各科研院所也在产品应用中使用了大量的GaN器件，其中以功率放大器的报道居多，近几年低噪声放大器和混频器也相继有报道但相对较少。
[0003]当前的收发前端电路中，仍以GaAs半导体工艺实现各组件集成。采用这种半导体工艺集成的收发前端电路结构，对于瓦级应用往往需要在低噪声放大器的前一级加上限幅器，来保护低噪声放大器的可靠性，限幅器会引入额外的插入损耗。其次，GaAs半导体工艺中开关的线性度往往较差，导致使用GaAs工艺应用难以实现瓦级的限幅器、低噪声放大器、功率放大器、开关等芯片的单片收发前端集成；使用时，多个芯片在微组装过程中会引入很多装配中的因素导致通道之间的一致性变差。GaN工艺具有功率密度高，更易于实现单片集成等优点，但是目前基于GaN工艺集成的单片收发前端电路几乎没有。因此，开发一种基于GaN工艺集成的单片收发前端电路对改善现有收发前端在可靠性、效率、尺寸、稳定性以及一致性等综合性能提升上具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中存在的改进需求，提供一种中小功率GaN单片收发前端电路，该电路基于GaN工艺实现单片集成，其内部集成有开关电路、低噪声放大器电路、功率放大器电路、数控衰减器电路等，集成后器件的可靠性、效率、尺寸、稳定性以及一致性等综合性能都得到了提升。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的采用如下技术方案：
[0006]一种中小功率GaN单片收发前端电路，包括：开关A单元、功率放大器单元、低噪声放大器单元、数控衰减器单元和开关B单元；上述各单元均采用GaN半导体工艺上集成在基片上；
[0007]开关A单元的第一端口连接外部RiTo信号收发端，第二端口经功率放大器单元连接开关B单元第二端口，第三端口连接低噪声放大器单元；低噪声放大器单元经数控衰减器单元连接开关B单元第三端口；开关B单元第一端口连接外部TiRo信号收发端；
[0008]当开关A单元的第一端口和第三端口、开关B单元的第一端口和第三端口都导通时，该中小功率GaN单片收发前端电路工作在接收态模式下，开关A单元的第一端口作为输入端接收信号RiTo，信号RiTo依次经低低噪声放大器单元和数控衰减器单元处理后得到信
号TiRo由开关B单元的第一端口输出；
[0009]当开关A单元的第一端口和第二端口、开关B单元的第一端口和第二端口都导通时，该中小功率GaN单片收发前端电路工作在发射态模式下，开关B单元的第一端口作为输入端接收信号TiRo，信号TiRo经功率放大器放大处理后得到信号RiTo，由开关A单元的第一端口输出。
[0010]进一步的，所述功率放大器单元、低噪声放大器单元为有源电路，所述开关A单元、数控衰减器单元、开关B单元为无源控制电路。
[0011]进一步的，所述开关A单元和开关B单元为GAN开关。采用GAN开关后，使得开关A单元、数控衰减器单元和开关B单元的逻辑电平电压点为
‑
40V/0V，其高电平与低电平之间具有足够大的电压差，从而增加了电平噪声容限，使其具有更强的抗外界电磁环境干扰能力。
[0012]更进一步的，所述开关A单元、开关B单元采用了0.25um工艺GaN开关晶体管。
[0013]采用上述技术方案后，本专利技术具有以下优点：
[0014]1、本专利技术基于通过控制开关A单元和开关B单元的导通模式，配合低噪声放大器单元实现了GaN半导体工艺下收发前端电路的单片集成，且集成后在可靠性、效率、尺寸、稳定性以及一致性等综合性能上都得到了提升，当其应用于相控阵雷达时，能够有效提高有源相控阵雷达的性能。
[0015]2、本专利技术在接收态工作模式下，开关A单元、开关B单元内使用0.25um工艺GaN开关晶体管，GaN开关晶体管有很高的线性度，其输入1dB压缩点超过10W，低噪声放大器单元由于内部使用0.25um工艺GaN放大晶体管，其耐功率超过2W，在0.5～2W中小功率收发通道模组应用中省去了限幅器。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的中小功率GaN单片收发前端电路结构组成原理图；
[0017]图2为本专利技术的中小功率GaN单片收发前端电路的端口标识示意图；
[0018]附图标记：
[0019]1、开关A单元，2、功率放大器单元，3、低噪声放大器单元，4、数控衰减器单元，5、开关B单元。
具体实施方式
[0020]为了更清楚地说明本专利技术的优点，下面结合具体实施方式和附图作更为详细的描述。应当理解的是，本专利技术具有一定的通用性，在具体电路实现时可以覆盖L
‑
Ku波段，可以窄带应用亦可宽带应用。
[0021]图1为本专利技术的中小功率GaN单片收发前端电路结构组成原理图，所述电路包括：开关A单元1、功率放大器单元2、低噪声放大器单元3、数控衰减器单元4、开关B单元5。
[0022]图2为本专利技术的中小功率GaN单片收发前端电路的端口标识示意图，是对开关A单元1、功率放大器单元2、低噪声放大器单元3、数控衰减器单元4、开关B单元5中各端口的补充说明。
[0023]其中开关A单元1是一种三端口电路，其功能表征为单刀双掷开关，功率放大器单元2是一种两端口电路，其功能表征为功率放大器电路，低噪声放大器单元3是一种两端口
电路，其功能表征为低噪声放大器电路，数控衰减器单元4是一种两端口电路，其功能表征为可控制衰减幅度的电路，开关B单元5是一种三端口电路，其功能表征为单刀双掷开关；为实现GaN半导体工艺下收发前端电路的单片集成，且满足收发一体化，本实施例中功率放大器单元2、低噪声放大器单元3采用有源电路，开关A单元1、数控衰减器单元4、开关B单元5采用无源控制电路。
[0024]各部件集成在单片上的连接方式如下：
[0025]RiTo信号收发端与开关A单元1第一端口连接，开关A单元1第二端口与功率放大器单元2第二端口连接，开关A单元1第三端口与低噪声放大器单元3第一端口连接，低噪声放大器单元3第二端口与数控衰减器单元4第一端口连接，数控衰减器单元4第二端口与开关B单元5第三端口连接，开关B单元5第二端口与功率放大器单元2第一端口连接，开关B单元5第一端口与TiRo信号收发端连接。
[0026]使用时，中小功率GaN单片收发前端电路采用分时工作模式，即在接收态工作模式下发射态关闭，在发射态工作模式下接收态关闭。在接收态工作模式下开关A单元1第一端口与第三端口之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中小功率GaN单片收发前端电路，包括：开关A单元、功率放大器单元、低噪声放大器单元、数控衰减器单元和开关B单元，其特征在于：上述各单元均采用GaN半导体工艺上集成在基片上；开关A单元的第一端口连接外部RiTo信号收发端，第二端口经功率放大器单元连接开关B单元第二端口，第三端口连接低噪声放大器单元；低噪声放大器单元经数控衰减器单元连接开关B单元第三端口；开关B单元第一端口连接外部TiRo信号收发端；当开关A单元的第一端口和第三端口、开关B单元的第一端口和第三端口都导通时，该中小功率GaN单片收发前端电路工作在接收态模式下，开关A单元的第一端口作为输入端接收信号RiTo，信号RiTo依次经低低噪声放大器单元和数控衰减器单元处理后得到信号TiRo由开关B单元的第一端口输出；当开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，徐跃杭，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：