[發(fā)明專利]一種Ka波段SiGeBiCMOS射頻功率放大器

在審

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107659278A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 龔平
• 申請（專利權）人: 綿陽鑫陽知識產(chǎn)權運營有限公司
• 主分類號: H03F3/193
• 分類號: H03F3/193;H03F3/21;H03F3/24
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 田甜

技術領域

本發(fā)明涉及射頻功率放大器領域，具體涉及一種Ka波段SiGe BiCMOS射頻功率放大器。

背景技術

射頻功率放大器是無線發(fā)射機中不可或缺的重要組成部分，它主要用于將無線通信中的發(fā)射機的已調(diào)信號進行功率放大，以滿足無線通信射頻信號的功率需求，其工作帶寬、輸出功率、附加效率等性能嚴重影響無線通信系統(tǒng)的質(zhì)量。

如圖1所述，現(xiàn)有的射頻功率放大器采用NM0S器件實現(xiàn)，即采用CMOS工藝就能實現(xiàn)。隨著CMOS工藝的進步，CMOS器件的高頻性能得到了改善，這也使采用CMOS工藝實現(xiàn)的射頻功率放大器的高頻性能得到了改善。但同時也給射頻功率放大器帶來了一些困難，如CMOS器件的氧化層擊穿電壓過低，電流驅(qū)動能力差，襯底耦合嚴重等。另外，片上無源器件性能差，尤其片上電感的Q值過低，嚴重影響了功率放大器性能，因此電感等元件往往采用片外方式，即現(xiàn)有CMOS工藝實現(xiàn)的射頻功率放大器的無源器件如電感和有源器件如CMOS器件往往不能形成于同一芯片上，即不能實現(xiàn)整個射頻功率放大器的全片集成。由于電感需要采用片外制造，故相對于所有組成部件都集成于同一芯片上的全片集成的射頻功率放大器，現(xiàn)有射頻功率放大器的成本會很高，應用也不方便。

除了如圖1所示的現(xiàn)有CMOS工藝實現(xiàn)的射頻功率放大器外，現(xiàn)有射頻功率放大器還有采用砷化鎵異質(zhì)結雙極型晶體管來實現(xiàn)，GaAs HBT雖然性能較好，但是無法與硅工藝集成；在半導體制造領域中，只有硅基器件才能實現(xiàn)大規(guī)模的制造，而GaAs由于無法實現(xiàn)也硅工藝的集成，故成本很高。

針對通信系統(tǒng)對Ka波段毫米波功放等通用模塊的急切需求，一方面現(xiàn)有的業(yè)界普遍采用的基于III-V族半導體工藝的毫米波功放芯片價格昂貴，限制了其大規(guī)模的使用。與此同時，III-V族芯片存在體積大、工序繁雜和不易于集成等不利因素。而鍺硅半導體工藝成本相對較低，在大批量的情況下將大幅減小芯片的成本。此外，鍺硅半導體工藝具有多層金屬，利于集成和芯片的小型化設計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述技術問題提供一種Ka波段SiGe BiCMOS射頻功率放大器。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種Ka波段SiGe BiCMOS射頻功率放大器，包括依次連接的輸入匹配網(wǎng)絡、前級增益放大電路、級間匹配網(wǎng)絡、后級功率放大電路和阻抗變換網(wǎng)絡；

所述前級增益放大電路、后級功率放大電路均包括SiGe BiCMOS；

所述前級增益放大電路、后級功率放大電路的輸入端分別連接有第一偏置電路、第二偏置電路。SiGe晶體管具有功率密度和增益高、相位噪聲低、線性度好、芯片面積小和價格性能比低等特點。本方案采用二級放大，且采用SiGe BiCMOS作為放大管，能夠滿足在較高的效率下實現(xiàn)足夠的增益和輸出功率，解決CMOS性能差，III-V族半導體成本高、體積大等問題，而且其具有比較高的特征頻率和噪聲特性，更利于集成。由于作為功率放大器組件的晶體管自身要有一定的功率消耗，并且各種電路元件要消耗一定的功率，譬如電阻、電感、電容等，為了評估功率放大器的效率，有三種常用的定義：漏極效率、功率附加效率和整體轉換效率。由于本發(fā)明中的晶體管采用的是具有寬帶隙的發(fā)射區(qū)的異質(zhì)結結構SiGe晶體管，大大提高了發(fā)射結的載流子注入效率，從而使漏極效率、功率附加效率和整體轉換效率均得到了提高，使得本發(fā)明滿足所需的增益和輸出功率。

作為優(yōu)選，所述輸入匹配網(wǎng)絡、級間匹配網(wǎng)絡和阻抗變換網(wǎng)絡的電路結構相同。輸入匹配網(wǎng)絡、級間匹配網(wǎng)絡和阻抗變換網(wǎng)絡采用相同的結構，其不僅可提高一致性，且可保證電路的穩(wěn)定性。

進一步的，所述輸入匹配網(wǎng)絡包括串聯(lián)在輸入端的第一電感和第一電容、連接在輸入端且另一端接地的第二電容。輸入匹配網(wǎng)絡采用集總原件匹配網(wǎng)絡，第一電容起隔直作用，使偏置電流不受來自輸入端的影響，很好地提高了前級增益放大電路的線性度。輸入匹配網(wǎng)絡、級間匹配網(wǎng)絡和阻抗變換網(wǎng)絡采用相同的電路結構，級間匹配網(wǎng)絡和阻抗變換網(wǎng)絡采用上述電路結構，即在前級增益放大電路、后級功率放大電路之間采用級間共軛匹配的方式進行連接，使前級增益放大電路放大后的信號可順利的流入后級功率放大電路。

在上述方案上進一步的，所述第一電容的容值為1425pF至1575pF。第一電容與第一電感相串聯(lián)，第一電容主要起隔直作用，但是，在該電路中，合理的選擇電容大小，使該電容既具備阻抗變換的作用，也具有隔直作用，提高級間匹配度。

在上述方案上進一步為了如提高級間匹配度，所述第一電容的容值為1500.1pF。