[发明专利]一种插入式的分布式放大器电路及其实现方法与应用

说明书

本发明提供了一种插入式的分布式放大器电路及其实现方法与应用，该分布式放大器电路包括输入传输线和输出传输线，两者均由一种以上的片上互连线结构级连构成；还包括多组并联设置在输入传输线和输出传输线之间的增益单元，每组增益单元插接设置在两相邻片上互连线结构之间，增益单元的输入端与输入传输线相连，增益单元的输出端与输出传输线相连。本发明先进行无源的输入、输出传输路径的设计，后在传输路径上合适的位置插入有源的增益单元电路，从而完成整个分布式放大器电路的设计，避免了无源片上互连元件的重复设计与仿真验证，大幅减少了工作量，提高了设计效率，快速优化了设计效果，具有较好的可重复性和可扩展性。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种插入式的分布式放大器电路及其实现方法与应用。

背景技术

分布式放大器的基本原理是将晶体管的寄生电容与电感元件构成信号传输线，从而克服寄生电容造成的增益滚降，能够突破传统放大器的增益带宽积的限制，在很宽频带内（可达多倍频乃至十倍频以上）得到较大的平坦增益，实现更宽频带的信号放大，在包括微波功率放大器在内的超宽带MMIC （Monolithic Microwave Integrated Circuit，单片微波集成电路）领域里得到了广泛的应用，并且在射频与微波电路的宽带放大器研究领域中具有重要的学术价值。分布式放大器的应用领域包括高速链接、宽带无线收发器、高分辨率雷达和成像系统等等，军用和民用市场对其需求都很大，譬如Hittite microwave公司的HMC459、HMC464、HMC930和HMC1022等系列芯片就是采用分布式放大器实现的宽带功率放大器。其电路原理图如图1所示，其中VDD为电源电压，V_G为直流偏置电压，片上电感L_Gi和增益单元的输入阻抗构成了输入人工传输线，片上电感L_Di和增益单元的输出阻抗构成了输出人工传输线，信号输入传输线和信号输出传输线均为低通滤波器结构。

随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统的工作频率不断提升、工作频带不断增大，对通信系统的数据传输率、带宽以及宽带功率放大器的带宽、输出功率均提出了较高的要求。通常采用的宽带放大器设计技术包括负反馈、平衡放大器、电阻匹配以及有源匹配等等，然而这些技术均无法有效提升放大器的增益带宽积。此外，传统的分布式放大器设计方法是以有源电路设计为主，以无源电路设计为辅，即选择好电路架构之后先进行有源增益单元电路的设计，再设计合适的无源片上电感来配合有源增益单元电路，从而完成整个电路的设计。由于微波集成电路中片上电感的设计与建模要求很高（尤其在毫米波频段以上），传统设计方法中电感建模的工作量很大，且电路的设计优化非常困难，电路设计者必须不断地通过电磁仿真和电路仿真实验调试整个电路，以期获得更好的电路性能，且很难判断电路是否已经优化到最佳状态，上述缺陷制约了分布式放大器的发展及应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种插入式的分布式放大器电路及其实现方法与应用，该分布式放大器电路插入式的设计及实现方法，大幅减少了工作量，提高了设计效率，快速优化了设计效果，还具有较好的可重复性和可扩展性。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种插入式的分布式放大器电路，包括输入传输线和输出传输线，所述输入传输线和输出传输线均由片上互连线结构级连构成，所述片上互连线结构具有一种以上的结构；所述分布式放大器电路还包括多组并联设置在所述输入传输线和输出传输线之间的增益单元，每组所述增益单元插接设置在两相邻所述片上互连线结构之间，所述增益单元的输入端与所述输入传输线相连，所述增益单元的输出端与所述输出传输线相连。

进一步地，所述片上互连线结构包括矩形曲折线结构、二阶曲折线结构、矩形螺旋型结构、圆形曲折线结构或圆形矩形螺旋型结构。

进一步地，所述输入传输线和输出传输线的接地端均设置有终端负载。