用于提高功率放大器可靠性的偏置结构的制作方法

1.本发明涉及毫米波功率放大器芯片技术领域，尤其涉及一种用于提高功率放大器可靠性的偏置结构。


背景技术：

2.毫米波是指频率在26.5ghz-300ghz范围内的电磁波，其波长在1mm~10mm之间。毫米波较微波有更短的波长和更高的频率，可以实现更宽的绝对带宽和传输速度，因此在无线通信、雷达、测试测量等领域有更加广阔的应用前景。其中，毫米波功率放大器是上述无线通信、雷达等系统的核心电子器件。其承担了系统中放大射频信号的作用，决定了射频信号的传输质量和抗干扰能力，是收发系统中至关重要的一环。除此之外，功率放大器也是系统功耗主要来源。由于长时间工作在饱和或过饱和的状态下，功率放大器的可靠性在很大程度上决定了系统的工作寿命，因此功率放大器的可靠性就显得尤为重要。在某些特性的应用场景中，芯片需要工作在严苛的高低温环境下。通常，为了保证高温的系统性能，常温和低温情况下功率放大器就不得不工作在过饱和的状态，此时栅极电流会大幅度提高，不仅增加了系统的功耗同时也在一定程度上降低了芯片的可靠性。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够在片内实现，在不影响功率放大器静态工作点和工作性能的前提下，降低功率放大器过饱和时的栅极电流，从而提高芯片可靠性的用于提高功率放大器可靠性的偏置结构。
4.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，包括位于衬底上的分压电路，通过分压电路给功率放大器的栅极提供可控栅压。
5.进一步的技术方案在于：所述分压电路包括电阻r1和电阻r2，所述电阻r1的一端接外部栅压源vgg，所述电阻r1的另一端分为两路，第一路与所述电阻r2的一端连接，第二路与所述功率放大器的栅极连接，所述电阻r2的另一端接地。
6.进一步的技术方案在于：电路外部栅压源vgg通过两个电阻分压，提供给功率放大器的栅压为电阻r2的分压，电阻r1和电阻r2根据实际的静态栅压和想要控制的栅极电流限额计算得到；在功率放大器未达到饱和或者刚刚饱和时，栅极没有电流，即栅极电流ig=0；此时，i1=i2=vgg/(r1+r2)，功率放大器的饱和栅极电压与静态栅极电压一致；而在功率放大器工作在过饱和的状态时，栅极会有一定的电流，通常在毫安量级，此时，i2=ig+i1，即在功率放大器工作在过饱和状态下时，通过电阻r2的电流i2比静态时通过电阻r2的电流i2大；此时，电阻r2的分压也相应地增大，其中ig为栅极电流，i1为流过电阻r1的电流，其中i2为流过电阻r2的电流。
7.进一步的技术方案在于：所述衬底上设置有射频输入信号压点，所述射频输入信号压点的两侧形成有输入接地压点。
8.优选的，所述射频输入信号压点大小为70um
×
70um，与输入接地压点间距为100um。
9.优选的，所述衬底上设置有射频输出信号压点，所述射频输出信号压点的两侧形成有输出接地压点。
10.优选的，射频输出信号压点大小为50um
×
30um，与输出接地压点间距50um。
11.优选的，所述衬底上设置有接地压点vd1和接地压点vd2。
12.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术通过分压电路给功率放大器的栅极提供可控栅压，可以显著地降低栅流，提高芯片的可靠性；本技术结构可以与功率放大器芯片集成在一起，不需要增加额外的烧结工序，减少装配工序，节约成本；不影响功率放大器的静态工作点且不影响功率放大器的工作性能，性能稳定。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
14.图1是本发明实施例所述偏置结构的示意图；图2是本发明实施例中过饱和状态下两种偏置电路的饱和栅极电流对比图；图3是本发明实施例中过饱和状态下两种偏置电路的饱和输出功率对比图；图4是本发明实施例中过饱和状态下两种偏置电路的饱和输出效率对比图；其中：1、衬底；2、射频输入信号压点；3、输入接地压点；4、射频输出信号压点；5、输出接地压点。
具体实施方式
15.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
17.如图1所示，本发明实施例公开了一种用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，包括位于衬底1上的分压电路，通过分压电路给功率放大器的栅极提供可控栅压。所述结构能够在片内实现，通过在栅极采用分压电路供电的方式，在不影响功率放大器静态工作点和工作性能的前提下，降低功率放大器过饱和时的栅极电流，从而提高芯片的可靠性。
18.进一步的，如图1所示，所述分压电路包括电阻r1和电阻r2，所述电阻r1的一端接外部栅压源vgg，所述电阻r1的另一端分为两路，第一路与所述电阻r2的一端连接，第二路与所述功率放大器的栅极连接，所述电阻r2的另一端接地。
19.进一步的，所述衬底1上设置有射频输入信号压点2，所述射频输入信号压点2的两侧形成有输入接地压点3。优选的，所述射频输入信号压点2大小为70um
×
70um，与输入接地压点3间距为100um。所述衬底1上设置有射频输出信号压点4，所述射频输出信号压点4的两侧形成有输出接地压点5。优选的饿，射频输出信号压点4大小为50um
×
30um，与输出接地压
点5间距50um。此外，所述衬底上设置有接地压点vd1和接地压点vd2，本技术中通过设置相应的接地压点能够提高信号传输的稳定性。
20.电路外部栅压vgg通过两个大电阻分压，实际提供给功率放大器的栅压为电阻r2的分压。电阻r1和电阻r2可以根据实际的静态栅压和想要控制的栅极电流限额计算得到。在功率放大器未达到饱和或者刚刚饱和时，栅极没有电流，即栅极电流ig=0。此时，i1=i2=vgg/(r1+r2)，功率放大器的饱和栅极电压与静态栅极电压一致。而在功率放大器工作在过饱和的状态时，栅极会有一定的电流，通常在毫安量级。此时，i2=ig+i1，即在功率放大器工作在过饱和状态下时，通过电阻r2的电流i2比静态时通过电阻r2的电流i2大。其中ig为栅极电流，i1为流过电阻r1的电流，其中i2为流过电阻r2的电流。此时，电阻r2的分压也相应地增大。也就是说，通过分压式偏置电路的电流自恰，实际提供给功率放大器的饱和栅极电压提高，从而降低了功率放大器的饱和栅极电流。
21.如附图2所示，采用本发明所设计的分压式偏置结构的功率放大器工作在过饱和状态时其饱和栅极电流较常规偏置有显著的降低。同时功率放大器的饱和输出功率和效率较常规偏置的差异很小，如附图3-图4所示。
22.本技术主要是为系统中需要工作在过饱和状态下的末级功率放大器提供一种提高芯片可靠性的偏置结构，所涉及的电路元件均为常规元件，很容易在芯片内部实现。

技术特征：
1.一种用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，其特征在于：包括位于衬底（1）上的分压电路，通过分压电路给功率放大器的栅极提供可控栅压。2.如权利要求1所述的用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，其特征在于：所述分压电路包括电阻r1和电阻r2，所述电阻r1的一端接外部栅压源vgg，所述电阻r1的另一端分为两路，第一路与所述电阻r2的一端连接，第二路与所述功率放大器的栅极连接，所述电阻r2的另一端接地。3.如权利要求2所述的用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，其特征在于：电路外部栅压源vgg通过两个电阻分压，提供给功率放大器的栅压为电阻r2的分压，电阻r1和电阻r2根据实际的静态栅压和想要控制的栅极电流限额计算得到；在功率放大器未达到饱和或者刚刚饱和时，栅极没有电流，即栅极电流ig=0；此时，i1=i2=vgg/(r1+r2)，功率放大器的饱和栅极电压与静态栅极电压一致；而在功率放大器工作在过饱和的状态时，栅极会有一定的电流，通常在毫安量级，此时，i2=ig+i1，即在功率放大器工作在过饱和状态下时，通过电阻r2的电流i2比静态时通过电阻r2的电流i2大；此时，电阻r2的分压也相应地增大，其中ig为栅极电流，i1为流过电阻r1的电流，其中i2为流过电阻r2的电流。4.如权利要求1所述的用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，其特征在于：所述衬底（1）上设置有射频输入信号压点（2），所述射频输入信号压点（2）的两侧形成有输入接地压点（3）。5.如权利要求4所述的用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，其特征在于：所述射频输入信号压点（2）大小为70um
×
70um，与输入接地压点（3）间距为100um。6.如权利要求1所述的用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，其特征在于：所述衬底（1）上设置有射频输出信号压点（4），所述射频输出信号压点（4）的两侧形成有输出接地压点（5）。7.如权利要求6所述的单片g波段三倍频器，其特征在于：射频输出信号压点（4）大小为50um
×
30um，与输出接地压点（5）间距50um。8.如权利要求1所述的用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，其特征在于：所述衬底上设置有接地压点vd1和接地压点vd2。

技术总结
本发明公开了一种用于提高功率放大器可靠性的偏置结构，涉及毫米波功率放大器芯片技术领域。所述结构包括位于衬底上的分压电路，通过分压电路给功率放大器的栅极提供可控栅压。所述分压电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端接外部栅压源VGG，所述电阻R1的另一端分为两路，第一路与所述电阻R2的一端连接，第二路与所述功率放大器的栅极连接，所述电阻R2的另一端接地。所述结构能够在片内实现，在不影响功率放大器静态工作点和工作性能的前提下，降低功率放大器过饱和时的栅极电流，从而提高芯片可靠性。从而提高芯片可靠性。从而提高芯片可靠性。


技术研发人员：何美林 胡志富 王亚冰 何锐聪 刘亚男
受保护的技术使用者：河北雄安太芯电子科技有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/25