一種采用漏極調(diào)制方式的脈沖功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)系統(tǒng)中的脈沖功率放大器，尤其是一種采用漏極調(diào)制方式的脈沖功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，雷達(dá)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在國(guó)防和民用產(chǎn)品中，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。脈沖功率放大器(Pulsed Power Amplifier, PPA)是雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。脈沖功率放大器是指在控制信號(hào)的作用下輸出間斷射頻信號(hào)的功率放大器。隨著雷達(dá)系統(tǒng)的性能越來(lái)越好，體積越來(lái)越小的發(fā)展趨勢(shì)，小面積、低損耗、高性能的脈沖功率放大器芯片成為近些年的研宄熱點(diǎn)。
[0003]脈沖功率放大器電路中，脈沖調(diào)制器電路的輸入脈沖信號(hào)包含高電平(有效電平)和低電平(無(wú)效電平)，當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，脈沖功率放大器處于發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，脈沖功率放大器處于接收狀態(tài)。將功率放大器的簡(jiǎn)化成一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，脈沖調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)方式包括柵極調(diào)制和漏極調(diào)制兩種。
[0004]如圖1所示，傳統(tǒng)的漏極調(diào)制脈沖功率放大器一般包括脈沖調(diào)制器電路和功率放大器電路兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊。脈沖調(diào)制電路由單晶體管實(shí)現(xiàn)，脈沖信號(hào)控制晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制功率放大器的工作狀態(tài)。功率放大器電路一般采用E類功率放大器結(jié)構(gòu)。漏極調(diào)制脈沖功率放大器的優(yōu)點(diǎn)在于:1)實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射與信號(hào)接收的隔離，在等待接收信號(hào)時(shí)不受發(fā)射信號(hào)的干擾；2)在接收狀態(tài)下保證功率放大器電路不消耗功率。但這種傳統(tǒng)的脈沖調(diào)制電路主要存在的問(wèn)題有:
[0005]第一是由于晶體管Mctrl導(dǎo)通電阻的存在，脈沖功率放大器存在額外的壓降和損耗。如圖1所示，電路的結(jié)點(diǎn)電壓Vddi的電壓幅度較電源電壓Vdd下降很多，特別是電源注入電流Id較大時(shí)。而電壓Vddi會(huì)直接影響輸出功率的大小。
[0006]第二是功率放大器電路存在直流偏置電路。傳統(tǒng)的脈沖功率放大器一般都忽視對(duì)偏置電路的控制，存在額外的損耗。
[0007]第三是為了得到高的輸出效率，功率放大器一般采用E類功率放大器結(jié)構(gòu)。單級(jí)的E類功放可能存在輸出功率不夠，寄生參數(shù)對(duì)功率放大器設(shè)計(jì)影響較大。
[0008]第四是在E類功率放大器電路中漏極需要用到高頻扼流圈。高頻扼流圈一般采用片外電感實(shí)現(xiàn)，這就會(huì)帶來(lái)芯片引腳增多，應(yīng)用成本上升等問(wèn)題
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的脈沖功率放大器之不足，提出一種采用漏極調(diào)制方式的脈沖功率放大器電路。能夠在不存在額外壓降和損耗的前提下實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)控制功率放大器輸出，具有較高的輸出功率和功率附加效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]
[0011]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案如下:一種采用漏極調(diào)制方式的脈沖功率放大器，包括脈沖調(diào)制電路和功率放大電路兩個(gè)電路模塊，脈沖信號(hào)控制脈沖調(diào)制電路中晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制功率放大電路的工作狀態(tài)，其特征在于:將脈沖調(diào)制電路復(fù)用為功率放大電路的一部分，以解決傳統(tǒng)脈沖調(diào)制電路器中使用單個(gè)晶體管作為控制管引起的大壓降，從而導(dǎo)致輸出功率和效率的降低；包括具有中心抽頭的電感LD、驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路、輸出級(jí)放大電路以及分別為輸出級(jí)放大電路及驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路提供直流偏置的偏置電路I與偏置電路2，射頻差分輸入信號(hào)連接驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路的同相輸入端和反相輸入端，驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路輸出端將放大后的射頻信號(hào)通過(guò)電容耦合到輸出級(jí)放大電路的輸入端，最終輸出級(jí)放大電路輸出同相和反相兩路差分信號(hào)，其中:
[0012]偏置電路I包括NMOS管Ml、M2、M3和M4，電阻R2、R3、R7和R8 ；NM0S管Ml的源極接地，NMOS管Ml的柵極和漏極連接在一起構(gòu)成MOS 二極管并與NMOS管M3的源極連接，NMOS管M3作為偏置電路I的控制管，其柵極連接脈沖控制信號(hào)Vem，，NMOS管M3的漏極連接電阻R3的一端和電阻R8的一端，電阻R3的另一端連接電感LD的一端，電感LD抽頭連接電源VDD ；同樣地，NMOS管M2的源極接地，NMOS管M2的柵極和漏極連接在一起構(gòu)成MOS二極管并與NMOS管M4的源極連接，NMOS管M4亦作為偏置電路I的控制管，其柵極亦連接脈沖控制信號(hào)Vem，NMOS管M4的漏極連接電阻R2的一端和電阻R7的一端，電阻R2的另一端與電阻R3的另一端連接；
[0013]偏置電路2包括NMOS管M5、M6、M7和M8，電阻Rl、R4、R5和R6 ；NM0S管M6的源級(jí)接地，NMOS管M6的柵極和漏極連接在一起構(gòu)成MOS 二極管并與NMOS管M8的源極連接，NMOS管M8作為偏置電路2的控制管，其柵極連接脈沖控制信號(hào)Vem，，NMOS管M8的漏極連接電阻Rl的一端和電阻R5的一端，電阻Rl的另一端連接偏置電路I中電阻R2和R3的另一端；同樣地，NMOS管M5的源極接地，NMOS管M5的柵極和漏極連接在一起構(gòu)成MOS 二極管并與NMOS管M7的源極連接，NMOS管M7亦作為偏置電路2的控制管，其柵極亦連接脈沖控制信號(hào)Vem，NMOS管M7的漏極連接電阻R4的一端和電阻R6的一端，電阻R4的另一端連接電阻Rl的另一端；
[0014]驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路包括NMOS管M9、M10、Mll和M12，電容Cl、C2、C3和C4 ；NM0S管M9的源級(jí)接地，NMOS管M9的柵極連接電容C2的一端和偏置電路2中電阻R6的另一端，電容C2的另一端作為差分信號(hào)的同相端連接射頻同相差分輸入信號(hào)INK，NMOS管M9的漏極與NMOS管Ml I的源極連接在一起構(gòu)成共源共柵結(jié)構(gòu)，NMOS管Ml I作為驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路的控制管，其柵極接脈沖控制信號(hào)VCT[ NMOS管Mll的漏極連接電容C4的一端和偏置電路2中電阻R4的另一端，電容C4的另一端連接偏置電路I中電阻R8的另一端；同樣地，NMOS管MlO的源級(jí)接地，NMOS管MlO的柵極連接電容Cl的一端和偏置電路2中電阻R5的另一端，電容Cl的另一端作為差分信號(hào)的反相端連接射頻反相差分輸入信號(hào)INy NMOS管MlO的漏極與NMOS管M12的源極連接在一起構(gòu)成共源共柵結(jié)構(gòu)，NMOS管M12亦作為驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路的控制管，其柵極亦連接脈沖控制信號(hào)VCT[ NMOS管M12的漏極連接電容C3的一端和連接電感LD的另一端，電感LD抽頭連接電源VDD，電容C3的另一端連接偏置電路I中電阻R7的另一端，NMOS管M9和Mll與NMOS管MlO和M12構(gòu)成差分結(jié)構(gòu)；
[0015]輸出級(jí)放大電路包括NMOS 管 M13、M14、M15 和 M16，電容 C5、C6、C7、C8、C9 和 C10，電感L1、L2，高頻扼流圈LRFCl和LRFC2 ；NMOS管M13的源級(jí)接地，NMOS管M13的柵極連接驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路中電容C4與偏置電路I中電阻R8的連接端，NMOS管M13的漏極連接電容C6與C8的連接端和NMOS管M15的源級(jí)，NMOS管M13與M15構(gòu)成共源共柵結(jié)構(gòu)，NMOS管M15作為輸出級(jí)放大電路的控制管，其柵極連接脈沖控制信號(hào)VctkuNMOS管M15的漏極連接電感LI的一端、高頻扼流圈LRFCl的一端以及電容C8的另一端，電容C6的另一端接地，高頻扼流圈LRFCl的另一端連接電源VDD，電感LI的另一端通過(guò)電容ClO輸出射頻同相差分信號(hào)OUTR ；同樣地，NMOS管M14的源級(jí)接地，NMOS管M14的柵極連接驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路中電容C3與偏置電路I中電阻R7的連接端，NMOS管M14的漏極連接電容C5與C7的連接端和NMOS管M16的源級(jí)，NMOS管M14與M16構(gòu)成共源共柵結(jié)構(gòu)，NMOS管M16亦作為輸出級(jí)放大電路的控制管，其柵極連接脈沖控制信號(hào)VctkuNMOS管M16的漏極電感L2的一端、高頻扼流圈LRFC2的一端以及電容C7的另一端，電容C5的另一端接地，高頻扼流圈LRFC2的另一端連接電源VDD，電感L2的另一端通過(guò)電容C9輸出射頻反相差分信號(hào)OUTL ；NM0S管M13和M15與NMOS管M14和M16構(gòu)成差分結(jié)構(gòu)，輸出級(jí)放大電路的同相輸入端是NMOS管M13的柵極，反相輸入端是NMOS管M14的柵極。
[0016]為避免由于采用片外電感帶來(lái)的芯片引腳增多，上述電路中的高頻扼流圈LRFCl和LRFC2采用片上鍵合線實(shí)現(xiàn)。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果:
[0018](I)本發(fā)明采用了 MOS管復(fù)用的技術(shù)，將驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路和輸出級(jí)放大電路的共源共柵結(jié)構(gòu)的共柵管復(fù)用為脈沖功率放大電路的控制管，有效解決了傳統(tǒng)脈沖功率放大器電路中使用單個(gè)晶體管作為控制管引起的大壓降從而導(dǎo)致輸出功率和效率降低的問(wèn)題。本發(fā)明充分利用共柵管作為控制管而不需要額外增加管子，沒(méi)有產(chǎn)生額外的壓降和損耗。對(duì)于偏置電路I和偏置電路2來(lái)說(shuō)，在MOS 二極管和電阻分壓的結(jié)構(gòu)上增加了一只控制管。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，使脈沖控制信號(hào)為低電平時(shí)，同時(shí)關(guān)斷偏置電路1、偏置電路2、驅(qū)動(dòng)級(jí)放大電路、輸出級(jí)放大電路，大大降低了脈沖功率放大器的功率損耗。
[0019](2)脈沖功率放大器的驅(qū)動(dòng)級(jí)電路和輸出級(jí)電路均采用共源共柵結(jié)構(gòu)，隔離度好，并利用共柵管作為脈沖信號(hào)控制管，節(jié)省晶體管的數(shù)量且不產(chǎn)生額外的壓降，有效解決傳統(tǒng)脈沖功率放大器電路中由于存在單獨(dú)的脈沖調(diào)制器帶來(lái)的功率損耗和額外壓降的問(wèn)題。
[0020](3)設(shè)計(jì)了一種脈沖控制方案。從完整的脈沖功率放大器電路中可以看出，脈沖信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)級(jí)電路、輸出級(jí)電路和偏置電路進(jìn)行同步控制。當(dāng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，同時(shí)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)級(jí)電路、輸出級(jí)電路及偏置電路，降低功耗，解決傳統(tǒng)電路單元中偏置電路功率損耗的冋題。
[0021](4)高頻扼流圈LRFCl和LRFC2采用鍵合線實(shí)現(xiàn)，以獲得高Q值和良好的高頻性能。為了得到高的輸出效率，功率放大器一般采用E類功率放大器結(jié)構(gòu)。在E類功率放大器電路中漏極需要用到高頻扼流圈，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中高頻扼流圈一般采用片外電感實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，高頻扼流圈采用片上鍵合線實(shí)現(xiàn)，避免了由于采用片外電感帶來(lái)的芯片引腳增多，應(yīng)用成本上升等問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
:
[0022]圖1是傳統(tǒng)漏極調(diào)制方式的脈沖功率放大器框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明脈沖功率放大器的框圖；
[0024]圖3是本發(fā)明脈沖功率放大器的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參看圖2，本發(fā)明設(shè)有偏置電路1、偏置電路2、驅(qū)動(dòng)級(jí)放