射频功率单刀双掷开关电路制造技术

本发明专利技术是一种基于砷化镓（ＧａＡｓ）赝配高电子迁移率晶体管（ＰＨＥＭＴ）的射频功率单刀双掷开关（ＳＰＤＴ）电路。开关单片电路采用三栅ＰＨＥＭＴ，串并拓扑，对称结构设计。信号经过２个三栅ＰＨＥＭＴ串联到输出端，输出端同时经过２个三栅ＰＨＥＭＴ串联并通过电容并联到地。开关只需一组互补的控制信号（Ｖ１、Ｖ１－），完成ＳＰＤＴ开关通道切换，应用方便。优点是：该开关单片电路采用三栅ＰＨＥＭＴ，串并拓扑结构，提高了击穿电压，增大了功率容量。开关单片电路通过的插损小，隔离度高，最大可通过２０ｗ，在移动通信系统中应用方便。可通过６英寸０．５μｍ?ＧａＡｓ?ＰＨＥＭＴ标准工艺批量生产，一致性好，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种基于砷化镓(GaAs)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)的射频功率 单刀双掷开关(SPDT)电路。属于微波单片集成电路领域。
技术介绍
DC-2000MHZ的微波系统，特别是移动通信系统中，功率放大器PA到天线ANT和低 噪声放大器LNA到天线间通常需要一个功率开关SW来控制收发切换。在目前的微波通讯系 统中，功率开关通常有两种形式，一种是采用分立的硅(si)材料的PIN二极管，采用混合电 路的方式完成，其特点是体积大，工作频带窄，控制电路复杂。另一种是采用砷化镓(GaAs) 赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)单片开关，PHEMT开关具有体积小，应用频带宽，使用方 便的特点，但通过的功率相对较小。随着移动通信系统的不断发展，对系统的性能，频率带 宽，集成度，体积，成本的要求越来越高，因此PHEMT开关的应用越来越广泛。目前通信的商 用PHEMT开关产品，频率覆盖范围DC-6GHZ，功率在2GHz处，P-I功率10W。随着一些新的通 讯系统的研制和开发，希望功率开关可以处理大于IOW的功率，目前传统的砷化镓(GaAs) PHEMT开关单片性能上无法实现。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种一种基于砷化镓(GaAs)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT) 的射频功率单刀双掷开关(SPDT)电路，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，通过 电路结构的设计，增加了功率容量，在2GHz可以通过20w，满足了系统的要求。本专利技术创造的技术方案其结构是采用采用三栅PHEMT，串并拓扑，对称结构设 计，并联支路通过电容隔直到地。在输入到第1输出的信号通道上，PHEMT管FET3、FET4串 联连接，由控制信号Vl控制，PHEMT管FET5、FET6通过隔直电容Cl并联到地，由控制端信 号Vr控制；在输入到第2输出的信号通道上，PHEMT管FET1、FET2串联连接，由控制端信 号VI—控制PHEMT管FET7、FET8通过隔直电容C2并联到地，由控制信号Vl控制。当控制 信号Vl为高电位，控制端信号Vl_为低电位时，PHEMT管FET3、FET4的栅源电位近似为零电 位，PHEMT管FET3、FET4处于导通状态；而PHEMT管FET5、FET6的栅源电位近似为负电位， PHEMT管FET3、FET4处于截止状态；同样道理，PHEMT管FET1、FET2处于截止状态，PHEMT管 FET7、FET8处于导通状态；因此输入到第1输出的信号通道上，微波信号通过，而输入到第 2输出的信号通道上，微波信号截止，开关电路完成信号通道的切换；当控制信号Vl为低电位，制端信号VI—为高电位时，同样道理，PHEMT管FET3、FET4 处于截止状态，PHEMT管FET5和FET6处于导通状态；同时PHEMT管FET1、FET2处于导通状 态，PHEMT管FET7、FET8处于截止状态，因此输入到第1输出的信号通道上，微波信号截止， 而输入到第2输出的信号通道上，微波信号通过，开关电路完成信号通道的切换。本专利技术采用2个三栅PHEMT管的串联结构，大大提高了击穿电压，增大了功率容 量。目前在2GHz本专利技术的SPDT开关可以通过信号功率达20w。射频功率单刀双掷开关(SPDT)电路砷化镓(GaAs)射频功率单刀双掷开关(SPDT)单片电路采用CAD优化设计，保证 在微波频带(DC-2000MHZ)内，有较小的插损和良好的驻波。本功率SPDT开关的典型参数 (2GHz)插入损耗小于0. 7dB,隔离度30dB, Ρ_αι = 20腳8ν。在工艺上，采用6英寸的0.5um GaAs PHEMT单片集成电路标准工艺。首先形成 PHEMT管源漏的金属化，完成台面隔离，然后湿法腐蚀栅，形成栅极的金属化，接下来进行电 容下电极Ml金属化，电容介质生长，M2金属的金属化，介质保护。最后是背面通孔及金属 化工艺。本专利技术的优点该单片电路一方面满足通讯系统大功率工作条件，保证系统正常 工作。另一方面具有体积小，插入损耗小，使用方便的特点。信号通过的功率大，SPDT开关 采用2个3栅PHEMT管的串联结构，提高了击穿电压，增大了功率容量。在2GHz可以通过连 续波20w。国外的一些产品采用1个4栅PHEMT管的串联结构，其最大通过的连续波10w。 开关电路只需一组互补的控制信号(V1、V1_)，完成信号通路切换，应用方便。附图说明附图1是本专利技术在微波通讯系统中的应用示意图。附图2是本专利技术的电路结构示意图。附图3是3栅PHEMT管的平面结构示意图。附图4是GaAs SPDT功率开关芯片的示意图。具体实施例方式对照附图1，在通信系统中，发射状态时，基带信号经过编码后，通过功放放大，再经过开关后通过天线发射出去，此时开关工作状态是IN-OUTl导通， IN-0UT2通道截止。接收状态时，接收信号由天线输入经过开关，再由低噪放放大后进入接 收处理单元进行解码等处理，此时开关工作状态是IN-OUTl截止，IN-0UT2通道导通。本发 明的开关采用对称设计，因此发射和接收的位置可以互换。对照附图2，其结构是采用三栅PHEMT，串并拓扑，对称结构设计，并联支路通过电 容隔直到地。在输入到第1输出的信号通道上，PHEMT管FET3和PHEMT管FET4串联连接， 由控制信号Vl控制，PHEMT管FET5和PHEMT管FET6通过隔直电容Cl并联到地，由控制端 信号VI—控制；在输入到第2输出的信号通道上，PHEMT管FETl和PHEMT管FET2串联连接， 由控制端信号VI—控制；PHEMT管FET7和PHEMT管FET8通过隔直电容C2并联到地，由控制 信号Vl控制。当控制信号Vl为高电位，控制端信号VI—为低电位时，PHEMT管FET3和PHEMT管 FET4的栅源电位近似为零电位，PHEMT管FET3和PHEMT管FET4处于导通状态；而PHEMT管 FET5和FET6的栅源电位近似为负电位，PHEMT管FET3和PHEMT管FET4处于截止状态；同 样道理，PHEMT管FETl和PHEMT管FET2处于截止状态，PHEMT管FET7和PHEMT管FET8处 于导通状态；因此输入到第1输出的信号通道上，微波信号通过，而输入到第2输出的信号 通道上，微波信号截止，开关电路完成信号通道的切换；当控制信号Vl为低电位，制端信号 ΥΓ为高电位时，同样道理，PHEMT管FET3和PHEMT管FET4处于截止状态，PHEMT管FET5和4PHEMT管FET6处于导通状态；同时PHEMT管FETl和PHEMT管FET2处于导通状态，PHEMT管 FET7和PHEMT管FET8处于截止状态，因此输入到第1输出的信号通道上，微波信号截止，而 输入到第2输出的信号通道上，微波信号通过，开关电路完成信号通道的切换。对照附图3，PHEMT管源极1，漏极2，隔离区域3。三栅PHEMT的三个栅极4，5，6。 三个栅极的栅长为0. 5um。两个栅极之间的距离是栅栅间距，栅极6和源极1的距离是栅源 间距，栅极4和漏极2的距离是栅漏间距。隔离区域3的长度定义为栅宽。对照附图4，是GaAs SPDT功率开关的芯片大小及压点示意图。开关芯片 1600um*1025um，厚200um。本文档来自技高网...

【技术保护点】
射频功率单刀双掷开关电路，其特征是射频ＳＰＤＴ功率开关电路采用三栅ＰＨＥＭＴ，串并拓扑，对称结构设计，并联支路通过电容隔直到地，在输入到第１输出的信号通道上，第３号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ３）和第四号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ４）串联连接，由控制信号（Ｖ１）控制，第五号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ５）和第六号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ６）通过隔直电容（Ｃ１）并联到地，由控制端信号（Ｖ１↑［－］）控制；在输入到第２输出的信号通道上，第一号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ１）和第二号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ２）串联连接，由控制端信号（Ｖ１－）控制；第七号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ７）和第八号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ８）通过隔直电容（Ｃ２）并联到地，由控制信号（Ｖ１）控制；当控制信号（Ｖ１）为高电位，控制端信号（Ｖ１－）为低电位时，第３号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ３）和第四号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ４）的栅源电位近似为零电位，第３号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ３）和第四号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ４）处于导通状态；而第五号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ５）和第六号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ６）的栅源电位近似为负电位，第五号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ５）和第六号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ６）处于截止状态；同样道理，第一号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ１）和第二号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ２）处于截止状态，第七号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ７）和第八号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ８）处于导通状态。因此输入到第１输出的信号通道上，微波信号通过，而输入到第２输出的信号通道上，微波信号截止，开关电路完成信号通道的切换；当控制信号（Ｖ１）为低电位，制端信号（Ｖ１↑［－］）为高电位时，同样道理，第３号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ３）和第四号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ４）处于截止状态，第五号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ５）和第六号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ６）处于导通状态；同时第一号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ１）和第二号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ２）处于导通状态，第七号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ７）和第八号ＰＨＥＭＴ管（ＦＥＴ８）处于截止状态，因此输入到第１输出的信号通道上，微波信号截止，而输入到第２输出的信号通道上，微波信号通过，开关电路完成信号通道的切换。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许正荣，陈新宇，徐光，
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：84[中国|南京]