溫度增益均衡器的制作方法

本發明涉及毫米波技術領域，具體涉及一個基于sigebicmos工藝，能在不同溫度下具有增益調節功能的溫度增益均衡器。

背景技術：

毫米波具有寬頻帶、高精度、高分辨率和大信息容量。隨著毫米波技術的發展，系統的復雜度和成本增加，系統逐漸往單片集成發展。sigebicmos工藝不僅可以為射頻和模擬提供高性能的sigehbt工藝、并且可以為數字電路設計提供高密度集成的cmos工藝。因此基于sigebicmos工藝的毫米波收發前端單片集成電路為毫米波相控陣技術的發展必須。

基于sigebicmos工藝的半導體器件相較于gaas/inp/gan等工藝而言，其器件的工作結溫上升更快，加之硅基襯底熱傳導性不佳，制約著sigebicmos工藝器件的應用發展。在sigebicmos工藝中，晶體管的最大截至頻率隨溫度升高而降低，用該特性的晶體管設計的有源電路(低噪聲放大器或者功率放大器)必然在高溫的時候增益降低，在低溫的時候增益增大。如此，采用該工藝進行設計的系統在溫度變化很大的應用場景，其工作特性將會變得很不穩定。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是sigebicmos工藝的半導體器件的不良溫度特性對系統增益指標的惡化。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：采用t型衰減網絡對不同溫度的系統增益進行均衡。

進一步的是，所述溫度增益均衡器使用nmos晶體管替代原衰減網絡的電阻，利用導通狀態下，nmos晶體管的等效電阻所組成衰減網路對輸入信號進行增益均衡。

進一步的是，所述溫度增益均衡器中包含一個電壓變換模塊，該模塊輸出兩條隨溫度變化相異的電壓信號。該相異的電壓信號加載在nmos晶體管的柵極。

本發明的有益效果：溫度增益均衡器在高溫的時候衰減量小，在低溫的時候衰減量大，由此均衡系統增益。

附圖說明

圖1是本發明提出的溫度增益均衡器的電路結構示意圖；

圖2是本發明所述的電壓變換模塊的電路結構示意圖；

圖3是本發明提出的均衡器的衰減量隨溫度變化的曲線圖；

圖4為本發明提出的溫度均衡器的駐波曲線圖；

圖5為本發明提出的溫度均衡器的功率容量曲線圖；

圖6為本發明提出的電壓變換模塊的版圖照片；

圖7為本發明提出的溫度均衡器的版圖照片

圖1和圖2標記說明：溫度增益均衡器的衰減模塊(101)，溫度增益均衡器的電壓變換模塊(102)，隨溫度正相關電壓模塊(301)，隨溫度變換負相關電壓模塊(401)，比較電壓支路(211)，晶體管(q1-q5)電阻(r1-r5)，電流源模塊(currentsource)，反相器(inverter)，運算放大器端口(inn、inp、gnd、irefo)，端口(in、out、sub、vout1和vout2)。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。

如圖1所示，本發明包括一個衰減模塊(101)和電壓轉換模塊(201)。

其中所述衰減模塊(101)由串聯晶體管q1和q2，以及并聯到地晶體管q3組成。串聯晶體管的柵極控制電壓為vout1，并聯晶體管的柵極控制電壓為vout2。

其中所訴電壓轉換模塊(201)由隨溫度負相關電壓變換模塊(201)和隨溫度負相關正相關電壓變換模塊(301)。電壓轉換模塊(201)輸出兩條100ua的電流支路(ibias1和ibias2)。一條支路與電阻r4組成隨溫度負相關正相關電壓變換模塊(301)。電阻r4的數值隨溫度升高而變大。另一條支路把r5上的采樣電壓作為運算放大器inn端口的輸入，該電壓與比較電壓支路(211)的電壓進行比較。

其中電壓比較支路(211)包括穩流晶體管(q4和q5)和電阻(r4和r2)，電阻的放置使得始運算放大器端口inp始終存在一個比運算放大器端口inn大的電壓。

在圖1所示的in端接50歐姆匹配端口作輸入端，out端50歐姆匹配端口作輸出端，電壓變換模塊(102)把輸出兩個控制電壓給衰減模塊(101)，根據在不同溫度下對應的柵極電壓控制衰減模塊(101)的晶體管(q1-q3)的導通電阻。

如圖3-圖5所示，當輸入信號頻率為14-19ghz時候，在溫度范圍為-55℃～125℃，其高低溫增益均衡值為3db，且均衡度精度優于0.01db，常溫損耗為2.9db，端口駐波優于15db，輸入1db壓縮點優于20dbm。由圖6可知電壓變換模塊芯片面積為150um*300un。由圖7可知，該衰減模塊芯片面積為50um*70um，因此可見，該發明的面積很小，衰減模塊增加即可實現3db倍數的增益均衡(電壓變換模塊則只需要增加電流支路即可)。因此該發明可以在不改變原系統布局的情況下，改善半導體器件不良溫度特性對系統增益的影響，在毫米波相控陣領域有極大的應用價值。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種適用于CMOS和BiCMOS工藝的溫度增益均衡器。該均衡器包括了一個電壓變換模塊和一個衰減模塊。所述溫度增益均衡器使用NMOS晶體管替代原衰減網絡的電阻，利用電壓變換模塊產生不同的柵極電壓控制晶體管。單個均衡器在?55℃～125℃工作溫度下可均衡增益3dB。均衡器駐波良好，面積極小，可在不影響原系統布局的前提下，對系統進行增益均衡。該方案適用于毫米波單片集成電路領域，對軍事作戰及航空航天的電路系統有極大的應用價值。

技術研發人員：楊漫菲;王磊;馬凱文;陳慶;方堃
受保護的技術使用者：電子科技大學
技術研發日：2017.03.29
技術公布日：2017.09.08