[发明专利]温度增益均衡器

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波技术领域，具体涉及一个基于SiGe BiCMOS工艺，能在不同温度下具有增益调节功能的温度增益均衡器。

背景技术

毫米波具有宽频带、高精度、高分辨率和大信息容量。随着毫米波技术的发展，系统的复杂度和成本增加，系统逐渐往单片集成发展。SiGe BiCMOS工艺不仅可以为射频和模拟提供高性能的SiGe HBT工艺、并且可以为数字电路设计提供高密度集成的CMOS工艺。因此基于SiGe BiCMOS工艺的毫米波收发前端单片集成电路为毫米波相控阵技术的发展必须。

基于SiGe BiCMOS工艺的半导体器件相较于GaAs/InP/GaN等工艺而言，其器件的工作结温上升更快，加之硅基衬底热传导性不佳，制约着SiGe BiCMOS工艺器件的应用发展。在SiGe BiCMOS工艺中，晶体管的最大截至频率随温度升高而降低，用该特性的晶体管设计的有源电路(低噪声放大器或者功率放大器)必然在高温的时候增益降低，在低温的时候增益增大。如此，采用该工艺进行设计的系统在温度变化很大的应用场景，其工作特性将会变得很不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是SiGe BiCMOS工艺的半导体器件的不良温度特性对系统增益指标的恶化。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：采用T型衰减网络对不同温度的系统增益进行均衡。

进一步的是，所述温度增益均衡器使用NMOS晶体管替代原衰减网络的电阻，利用导通状态下，NMOS晶体管的等效电阻所组成衰减网路对输入信号进行增益均衡。

进一步的是，所述温度增益均衡器中包含一个电压变换模块，该模块输出两条随温度变化相异的电压信号。该相异的电压信号加载在NMOS晶体管的栅极。

本发明的有益效果：温度增益均衡器在高温的时候衰减量小，在低温的时候衰减量大，由此均衡系统增益。

附图说明

图1是本发明提出的温度增益均衡器的电路结构示意图；

图2是本发明所述的电压变换模块的电路结构示意图；

图3是本发明提出的均衡器的衰减量随温度变化的曲线图；

图4为本发明提出的温度均衡器的驻波曲线图；

图5为本发明提出的温度均衡器的功率容量曲线图；

图6为本发明提出的电压变换模块的版图照片；

图7为本发明提出的温度均衡器的版图照片

图1和图2标记说明：温度增益均衡器的衰减模块(101)，温度增益均衡器的电压变换模块(102)，随温度正相关电压模块(301)，随温度变换负相关电压模块(401)，比较电压支路(211)，晶体管(Q1-Q5)电阻(R1-R5)，电流源模块(Current Source)，反相器(inverter)，运算放大器端口(INN、INP、GND、IREFO)，端口(in、out、SUB、Vout1和Vout2)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括一个衰减模块(101)和电压转换模块(201)。

其中所述衰减模块(101)由串联晶体管Q1和Q2，以及并联到地晶体管Q3组成。串联晶体管的栅极控制电压为Vout1，并联晶体管的栅极控制电压为Vout2。

其中所诉电压转换模块(201)由随温度负相关电压变换模块(201)和随温度负相关正相关电压变换模块(301)。电压转换模块(201)输出两条100uA的电流支路(Ibias1和Ibias2)。一条支路与电阻R4组成随温度负相关正相关电压变换模块(301)。电阻R4的数值随温度升高而变大。另一条支路把R5上的采样电压作为运算放大器INN端口的输入，该电压与比较电压支路(211)的电压进行比较。

其中电压比较支路(211)包括稳流晶体管(Q4和Q5)和电阻(R4和R2)，电阻的放置使得始运算放大器端口INP始终存在一个比运算放大器端口INN大的电压。

在图1所示的in端接50欧姆匹配端口作输入端，out端50欧姆匹配端口作输出端，电压变换模块(102)把输出两个控制电压给衰减模块(101)，根据在不同温度下对应的栅极电压控制衰减模块(101)的晶体管(Q1-Q3)的导通电阻。

如图3-图5所示，当输入信号频率为14-19GHz时候，在温度范围为-55℃～125℃，其高低温增益均衡值为3dB，且均衡度精度优于0.01dB，常温损耗为2.9dB，端口驻波优于15dB，输入1dB压缩点优于20dBm。由图6可知电压变换模块芯片面积为150um*300un。由图7可知，该衰减模块芯片面积为50um*70um，因此可见，该发明的面积很小，衰减模块增加即可实现3dB倍数的增益均衡(电压变换模块则只需要增加电流支路即可)。因此该发明可以在不改变原系统布局的情况下，改善半导体器件不良温度特性对系统增益的影响，在毫米波相控阵领域有极大的应用价值。