[發明專利]一種高線性度幅相控制接收前端電路

有效

• 申請號: 202110313362.6
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113131926B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 廖兵兵;王研;劉明;丁娜;呂偉;段宗明;吳博文
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H03K19/094
• 分類號: H03K19/094;H04B1/16
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 何梓秋

本發明公開了一種高線性度幅相控制接收前端電路，屬于射頻集成電路設計技術領域，包括首級驅動放大模塊、衰減模塊、移相模塊、末級增益補償模塊、輸入匹配巴倫、輸出匹配巴倫、多個級間匹配變壓器。本發明由于采用CMOS工藝，相比GaAs在成本上具有優勢；由于電路移相器采用有源矢量調制，相比無源結構的移相器，面積更小；由于電路采用全差分結構，能夠抑制共模干擾，減小鍵合線電感的影響，同時具有ESD保護作用；由于電路首級采用驅動放大器，線性度高，同時優化級間匹配，后仿真標明，本接收前端電路在工作頻段輸入P?1為?2dBm，值得被推廣使用。

技術領域

本發明涉及射頻集成電路設計技術領域，具體涉及一種高線性度幅相控制接收前端電路。

背景技術

相控陣系統在通信和雷達領域已經發展多年，其中T/R組件是有源相控陣雷達的關鍵部件，其性能直接影響雷達整機的體積、重量、成本和可靠性。傳統上相控陣雷達T/R組件中，射頻模塊電路，例如開關、小信號放大器、低噪放、功放、混頻器、振蕩器等大部分使用III-V族半導體(GaAs、InP、GaN),這是由于III-V族半導體中的晶體管有著比較高的擊穿電壓，容易獲得很高的輸出功率，其次，III-V族半導體有著很好的噪聲性能可以在保證高頻信號盡量不失真的條件下實現放大，提高靈敏度。此外，III-V族半導體的襯底是高阻材料，而且有著良好的襯底背面接地，在射頻電路設計中無源器件有著高Q值，有益于高頻電路的設計。然而當前T/R組件具有高集成度、低成本的發展趨勢，但是III-V族半導體的單位面積造價遠遠高于硅基工藝，且由于III-V族半導體工藝大都不能和硅基工藝兼容，對于基帶等大規模的數字電路無法在同一個芯片上實現，其電路集成度比較低。

CMOS集成電路的發展使得可以以更低的成本和更高的可靠性實現具有片上混合信號和數字信號處理的系統，雖然硅基CMOS工藝天然具備的低成本高集成度的優勢，但是由于CMOS工藝和設計技術限制，基于CMOS的相控陣接收前端難以實現高線性度和高功率輸出，尤其目前在C波段、Ku波段的幅相控制芯片主要還是以III-V族半導體工藝為主，上述問題亟待解決。為此，提出一種高線性度幅相控制接收前端電路。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：如何解決現有的基于CMOS的相控陣接收前端難以實現高線性度和高功率輸出，提供了一種高線性度幅相控制接收前端電路，可用于無線通信和相控陣雷達系統中。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的，本發明包括首級驅動放大模塊、衰減模塊、移相模塊、末級增益補償模塊、輸入匹配巴倫、輸出匹配巴倫、多個級間匹配變壓器；所述首級驅動放大模塊的輸入端與所述輸入匹配巴倫的次級線圈連接，輸出端與第一級間匹配變壓器的初級線圈連接，所述衰減模塊的輸入端與所述第一級間匹配變壓器的次級線圈連接，輸出端與第二級間匹配變壓器的初級線圈連接，所述移相模塊的輸入端與第二級間匹配變壓器的次級線圈連接，輸出端與第三級間匹配變壓器的初級線圈連接，所述末級增益補償模塊輸入端與所述第三級間匹配變壓器的次級線圈連接，輸出端與所述輸出匹配巴倫的初級線圈連接。

更進一步地，所述首級驅動放大模塊包括第一電容、第二電容、第一晶體管、第二晶體管，所述第一電容的兩端分別連接所述第一晶體管、所述第二晶體管的漏極，所述第二電容的兩端分別連接所述第一晶體管、所述第二晶體管的柵極，所述第一晶體管、所述第二晶體管的柵極與所述輸入匹配巴倫的次級線圈，所述第一晶體管、所述第二晶體管的源級均接地，所述第一晶體管、所述第二晶體管的漏極差分輸出，與所述第一級間匹配變壓器的初級線圈連接。

更進一步地，所述衰減模塊包括無源衰減器模塊與有源衰減器模塊，所述無源衰減器模塊與所述第一級間匹配變壓器的次級線圈連接，所述有源衰減器模塊與所述第二級間匹配變壓器的初級線圈連接，所述無源衰減器模塊與所述有源衰減器模塊之間通過內部匹配變壓器連接。