技术领域
[0001] 本
发明涉及单片
微波集成电路，特别是一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路。
背景技术
[0002] 随着信息技术的飞速发展，现代雷达、通信、和仪器仪表测试系统中，都需要实现大容量、高速率数据传输和高可靠性，这就需要超宽带功率
放大器作为
支撑。
[0003] 传统的超宽带
功率放大器芯片实现方式有电抗匹配和分布式放大器两种拓扑结构。电抗匹配式宽带结构具有良好的阻抗匹配、较大的输出功率和效率等优势，但是其输入端
驻波比性能较差，影响电路的整体增益性能，且带宽受明显制约，通常只有3个倍频程左右。而分布式结构其频带宽度能达到几十倍频程，同时输入驻波比和输出驻波比小，结构简单易实现，但其输出功率受到明显的限制，较难实现大功率高效率的功率放大器芯片。
[0004] 为了实现大功率、高效率的超宽带功率放大器，特别是针对毫米波频段，晶体管增益较低，单纯的使用分布式或者电抗匹配拓扑结构已经发挥不了器件的极致性能。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路，包括电抗匹配式与分布式结构之间的融合设计以及电路匹配结构，结合两种结构的各自优势，发挥器件的最佳性能，提高毫米波频段超宽带功率放大器的整体性能。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路，包括功率驱动单元、功率输出单元和级间匹配单元；
[0007] 所述功率驱动单元采用N个晶体管级联的分布式结构，功率输出单元采用N个晶体管所并联的电抗匹配式结构；
[0008] 所述级间匹配单元包括分布式结构输出端匹配电路和电抗匹配式结构输入端匹配电路；在分布式结构输出端匹配电路中，直流压点为分布式漏极提供
电压，并与第一MIM电容并联，再
串联第二微带线，构成分布式结构输出端匹配电路的漏极加电
偏置电路；第一微带线、第三微带线与第二MIM电容串联构成分布式结构的输出匹配网络；电抗匹配式结构输入端匹配电路包括第四微带线与串联的第三MIM电容，整个级间匹配单元电路匹配结构构成了分布式与电抗匹配式结构相融合的无源匹配拓扑结构。
[0009] 进一步的，分布式电路经过输出匹配网络使得分布式射频输出端阻抗Zout1匹配到某一特定阻抗点，电抗匹配式电路的射频输入端阻抗Zin1也匹配到相应特定阻抗点，通过某一特定的中间阻抗，使得分布式的输出端阻抗Zout1与电抗匹配式的输入端阻抗Zin1相匹配。
[0010] 进一步的，中间阻抗为50欧姆。
[0011] 进一步的，所述超宽带功率芯片电路采用GaAs或GaN材料作为基片。
[0012] 与传统的采用一种超宽带电路拓扑相比，本发明公开的电抗匹配与分布式结构相融合的电路拓扑具有以下优点：(1)功率输出级采用电抗匹配式结构，可以获得更大的输出功率，突破了分布式结构的功率输出极限，极大的提升了超宽带功率放大器的功率输出特性；(2)同时功率输出级可以进行精确的阻抗匹配，提高超宽带芯片的效率特性；(3)功率驱动级采用分布式结构，可以克服电抗匹配输入端驻波较差等问题，提高电路的整体增益；同时可以极大的拓展驱动级的带宽，保障功率输出级晶体管的所需要的功率和带宽要求，从而提升超宽带功率放大器的整体性能。
附图说明
[0013] 图1为电抗匹配式与分布式相融合的电路拓扑结构示意图。
[0014] 图2为电抗匹配式与分布式相融合的级间匹配电路示意图。
[0015] 图3为电抗匹配式与分布式结构的级间阻抗匹配示意图。
[0016] 图4为电抗匹配式与分布式结构相融合的具体电路示意图。
具体实施方式
[0017] 一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路，包括功率驱动单元101、功率输出单元102和级间匹配单元103；
[0018] 在所述电路功率推动单元101，是采用由N个晶体管级联的分布式结构，推动功率输出单元102，采用N个晶体管所并联的电抗匹配式结构，整个电路结构合理，不增加额外芯片面积，且拥有统一的加电方式，如图1所示。
[0019] 所述电路级间匹配单元103包括分布式结构输出端匹配电路和电抗匹配式结构输入端匹配电路，两者电路拓扑结构相互融合。在分布式结构输出端匹配电路中，直流压点111为分布式漏极提供电压，并与第一MIM电容121并联、再串联第二微带线132，构成分布式电路结构的漏极加电偏置电路。第一微带线131、第三微带线133与MIM电容122串联构成分布式结构的输出匹配网络。电抗匹配式电路的输入端部分匹配电路包括第四微带线124与串联的第三MIM电容123，整个级间匹配单元103电路结构构成了分布式与电抗匹配式结构相融合的无源匹配拓扑结构，如图2所示。
[0020] 所述结构需要在功率驱动级与功率输出级之间实现以下两种功能：①分布式功率驱动级输出阻抗匹配，②电抗匹配式结构的功率输出级的输入阻抗匹配。为了同时满足以上两种功能，在设计阻抗匹配网络时，构建一个特定的中间阻抗状态,使得分布式的输出端阻抗Zout1与电抗匹配式的输入端阻抗Zin1相匹配。从而既能保障分布式功率驱动级电路的功率输出特性，也将功率输出级输入端的阻抗匹配网络简单化，减小损耗，提高电路的整体增益，拓展电路的带宽，如图3所示。
[0021] 本发明创造性的提出了一种电抗匹配与分布式结构相融合的超宽带功放芯片电路结构，结合这两种电路结构的优势，可以有效的改善毫米波超宽带功率放大器的功率、效率以及增益等性能。
[0022] 下面结合
实施例对本发明进行详细说明。
[0023] 实施例
[0024] 一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路，该结构应用于微波、毫米波超宽带单片集成功率放大器电路，包括电抗匹配式与分布式结构之间的融合设计方法以及电路匹配结构。
[0025] 功率驱动单元101采用由N个晶体管级联的分布式结构，功率输出单元102采用N个晶体管所并联的电抗匹配式结，整个电路结构合理，不增加额外芯片面积，且每一功放单元都拥有统一的加电方式。
[0026] 级间匹配单元103包括分布式结构输出端匹配电路和电抗匹配式结构输入端匹配电路。在分布式输出电路中，直流压点111为分布式漏极提供电压，并与MIM电容121并联、再串联第二微带线132，构成分布式电路结构的漏极加电偏置电路。第一微带线131、第三微带线133与串联MIM电容122构成分布式结构的输出匹配网络。电抗匹配式电路的输入端部分匹配电路包括第四微带线134与串联电容123，整个级间匹配单元103电路匹配结构构成了分布式与电抗匹配式结构相融合的无源匹配拓扑结构。
[0027] 分布式电路经过输出匹配网络使得分布式射频输出端匹配到某一特定阻抗点，电抗匹配式电路的射频输入端也匹配到相应特定阻抗点，通过某一特定的中间阻抗，使得分布式的输出端与电抗匹配式的输入端阻抗相匹配，从而可以减小匹配损耗，拓展电路的带宽。
[0028] 综合考虑工作
频率、带宽、功率、效率、一致性、成品率、成本，以适当的
半导体技术制造，采用GaAs或GaN材料作为基片，但不限于此。
[0029] 本实施例以18-40GHz毫米波超宽带GaN功率放大器的研制为
基础，对本发明所提出的一种电抗匹配式与分布式相融合的电路拓扑结构做进一步详细说明。
[0030] 如图4版图布局所示，该功放电路末级采用电抗匹配结构，可以使得电路拥有更好的输出阻抗匹配，以获取更大的功率和更高的效率。功率驱动级采用分布式结构，在拓展电路带宽的同时可以优化输入端的驻波，提高电路的增益平坦度。
[0031] 在整个功放分布式输出电路匹配中，直流压点为分布式漏极提供电压，并与MIM电容201并联、再串联微带线203，构成分布式电路结构的漏极加电偏置电路。其中电容201对直流电源进行滤波，微带线203同时防止射频
信号泄露到电源，微带线202由上述的第一微带线131、第三微带线133串联而成，MIM电容204和206将直流馈
电信号与微波信号进行隔离，205为功分微带线，将分布式输出功率分别注入到电抗匹配式结构中的每一个晶体管。
[0032] 该功放的难点在于电抗匹配式与分布式结构之间的匹配网络设计。功放功率驱动级采用了分布式输出阻抗匹配，功率输出级采用电抗匹配式结构，为了实现两种电路匹配结构的融合，在设计级间匹配网络时，构建某一特定的中间阻抗,本实施例中中间阻抗取50欧姆，使得分布式结构的输出端与电抗匹配式的输入端相匹配。从而既能保障功率驱动级分布式电路的功率输出特性，也将功率输出级输入端的阻抗匹配网络简单化，减小损耗，提高电路的整体增益，拓展电路的带宽。
