一种双通道收发多功能芯片的制作方法

1.本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种双通道收发多功能芯片。


背景技术：

2.随着电子信息技术的快速发展，现代电子系统对于元器件的尺寸要求越来越小，而性能要求却越来越高，既要实现电子系统的小型化、低成本，又要满足多通道多频段高性能的应用要求，特别是在雷达宽频带探测、高速电子对抗、多功能通信及制导系统应用中，多通道收发多功能芯片的研制具有重要的应用价值且需求迫切，多通道收发多功能芯片的高集成度、高性能、高可靠性、低成本是目前急需解决的难点。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的双通道收发多功能芯片集成了两个开关单元和两个放大单元，具有双通道信号切换工作、接收低噪声、高增益低功耗，发射高增益、高效率，收发高隔离度等优点。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种双通道收发多功能芯片，包括第一开关切换网络、发射共源共栅 共源放大网络、接收三级电流复用放大网络、第一偏置网络、第二偏置网络和第二开关切换网络；所述第一开关切换网络的输出端、发射共源共栅 共源放大网络和第一开关切换网络的输入端依次连接，所述第二开关切换网络的输出端、接收三级电流复用放大网络、第一开关切换网络的输入端依次连接；所述发射共源共栅 共源放大网络还与第一偏置网络连接，所述接收三级电流复用放大网络还与第二偏置网络连接；所述第一开关切换网络设置有所述双通道收发多功能芯片的输出rout/输入tin端，所述第二开关切换网络设置有所述双通道收发多功能芯片的输入rin/输出tout端。
5.本发明的有益效果为：（1）本发明接收通道采用三级电流复用放大网络，实现低噪声，高增益、低功耗的特性。
6.（2）发射通道采用一级共源共栅 一级共源放大网络，且第二级共源管采用功率合成网络，实现高增益、高功率、高效率的特性。
7.（3）本发明中接收通道和发射通道通过开关进行工作状态的切换，同时放大器通过漏压进行工作状态控制，共同实现不同状态工作时通道间的高隔离度特性。
8.（4）本发明中的开关切换网络中，单刀双掷开关采用串并联相结合的电路结构，已实现高隔离和低插损的性能，其中tout/rin端口的tout端口开关串联单元采用两个开关管级联结构，该结构可以提高开关管上的电压摆幅，改善开关的功率特性，同时获得低插损的特性，使发射支路放大网络的输出功率经过开关管输出时不会压缩，提高发射支路的功率效率；rin端口开关采用四分之一波长微带线加并联管到地的级联结构，该结构具有很小的
插损特性，以减小噪声系数的恶化；tin/rout端口的开关采用一串一并结构获得较高的隔离度和较低的插损。
9.进一步地，所述第一开关切换网络包括场效应管m1、场效应管m2、场效应管m3、场效应管m4、微带线tl1、微带线tl2、微带线tl3和微带线tl4；所述场效应管m3的源极和场效应管m4的源极相互连接，并作为所述第一开关切换网络的输出rout/输入tin端；所述场效应管m3的栅极与控制电压v1连接，所述场效应管m3的漏极与微带线tl3的一端连接，所述微带线tl3的另一端分别与场效应管m2的源极和微带线tl4的一端连接，所述场效应管m2的漏极接地，所述场效应管m2的栅极与控制电压v2连接，所述微带线tl4的另一端作为所述第一开关切换网络的输出端；所述场效应管m4的栅极与控制电压v2连接，所述场效应管m4的漏极与微带线tl2的一端连接，所述微带线tl3的另一端分别与场效应管m1的源极和微带线tl1的一端连接，所述场效应管m1的漏极接地，所述场效应管m2的栅极与控制电压v1连接，所述微带线tl1的另一端作为所述第一开关切换网络的输入端。
10.上述进一步方案的有益效果为：第一开关切换网络中的单刀双掷开关采用串并联相结合的电路结构，这种结构可以实现较高的隔离度和较低的插入损耗，整个芯片可通过开关控制电压v1和v2来切换收发工作状态。
11.进一步地，所述发射共源共栅 共源放大网络包括电容c12、接地电容c13、电容c14、接地电容c15、接地电容c16、接地电容c22、电容c23、电容c24、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电感l7、接地电感l9、微带线tl14、微带线tl15、微带线tl16、微带线tl17、微带线tl18、场效应管m9、场效应管m10、场效应管m11、场效应管m12；所述电容c24的一端作为所述发射共源共栅 共源放大网络的输入端，所述电容c24的另一端分别与接地电感l9和电容c23的一端连接，所述电容c23的另一端分别与所述第一偏置网络和场效应管m9的栅极连接，所述场效应管m9的源极接地，所述场效应管m9的漏极与场效应管m10的源极连接，所述场效应管m10的栅极分别与电阻r15的一端和第一偏置网络连接，所述电阻r15的另一端与接地电容c22连接，所述场效应管m10的漏极分别与第一偏置网络、电感l7的一端和接地电容c16连接，所述电感l7的另一端分别与接地电容c15和电容c14的一端连接，所述电容c14的另一端分别与微带线tl18的一端和微带线tl17的一端连接，所述微带线tl18的另一端与场效应管m12的栅极连接，所述场效应管m12的源极接地，所述场效应管m12的漏极分别与电阻r13的一端和微带线tl16的一端连接，所述微带线tl17的另一端分别与电阻r14的一端和场效应管m11的栅极连接，所述电阻r14的另一端与第一偏置网络连接，所述场效应管m11的源极接地，所述场效应管m11的漏极分别与电阻r13的另一端和微带线tl15的一端连接，所述微带线tl16的另一端和微带线tl15的另一端相互连接，并分别与第一偏置网络和微带线tl14的一端连接，所述微带线tl14的另一端分别与接地电容c13和电容c12的一端连接，所述电容c12的另一端作为所述发射共源共栅 共源放大网络的输出端。
12.上述进一步方案的有益效果为：本发明中发射放大网络采用共源共栅 共源放大电路结构，且第二级共源管采用管芯功率合成网络，以实现高增益、高功率、高效率的特性。第一级共栅管的栅极采用rc到地结构来做阻抗匹配和高频滤波，以增强电路的稳定性。第
二级共源管采用两个放大管芯合成的方式来实现高功率输出，两个放大管芯的栅极和源极之间串联50欧姆电阻，该电阻为奇模电阻，可以有效抑制电路分频谐波的产生。
13.进一步地，所述第一偏置网络包括电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、接地电阻r20、电阻r21、电阻r22、接地电阻r23、电阻r24、电阻r25、接地电阻r26、接地电容c17、接地电容c18、接地电容c19、电容c20、电容c21、接地电容c22、电感l6、电感l8、场效应管m13和场效应管m14；所述电阻r25的一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述电容c23的另一端连接，所述电阻r25的另一端与场效应管m13的栅极连接，所述场效应管m13的源极与接地电阻r26连接，所述场效应管m13的漏极分别与电阻r24的一端和接地电容c22连接，所述电阻r24的另一端分别与电阻r21的一端、接地电容c20、电感l8的一端和电阻r17的一端连接，并与电源电压vdt1连接，所述电阻r21的另一端分别与接地电阻r22和电阻r23的一端连接，所述电阻r23的另一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述场效应管m10的栅极连接，所述电感l8的另一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述场效应管m10的漏极连接，所述电阻r17的另一端与接地电容c21连接；所述电阻r18的一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述电阻r14的另一端连接，所述电阻r18的另一端与场效应管m14的栅极连接，所述场效应管m14的源极与接地电阻r20连接，所述场效应管m14的漏极分别与接地电容c19和电阻r19的一端连接，所述电阻r19的另一端分别与电感l6的一端、接地电容c17和电阻r16的一端连接，并与电源电压vdt2连接，所述电感l6的另一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述微带线tl16的另一端连接，所述电阻r16的另一端与接地电容c18连接。
14.上述进一步方案的有益效果为：本发明中第一偏置网络包含了有源偏置、无源偏置和电源馈电。有源偏置能降低电路对工艺波动的敏感度，同时提高电路的线性度。无源偏置采用相同类型的电阻分压来实现。电源馈电端口采用并联c到地和串联rc到地电路主要实现对电源低频和高频自激不稳定信号进行抑制。同时第一级共源共栅放大网络和第二级共源放大网络分开馈电，以减小电路的自激风险。
15.进一步地，所述接收三级电流复用放大网络包括电容c1、电容c2、接地电容c3、接地电容c4、电容c5、电容c8、电容c10、电容c11、电阻r1、电阻r2、接地电感l1、电感l3、电感l4、接地电感l5、微带线tl5、微带线tl6、微带线tl7、微带线tl8、微带线tl9、场效应管m5、场效应管m6和场效应管m7；所述电容c1的一端作为所述接收三级电流复用放大网络的输出端，所述电容c1的另一端分别与接地电感l1和电容c2的一端连接，所述电容c2的另一端与微带线tl5的一端连接，所述微带线tl5的另一端分别与第二偏置网络和场效应管m7的漏极连接，所述场效应管m7的栅极与微带线tl6的一端连接，所述微带线tl6的另一端分别与第二偏置网络和电容c5的一端连接，所述场效应管m7的源极分别与接地电容c3和电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端与电感l3的一端连接，所述电感l3的另一端分别与电容c5的另一端和场效应管m6的漏极连接，所述场效应管m6的栅极与微带线tl7的一端连接，所述微带线tl7的另一端分别与第二偏置网络和电容c8的一端连接，所述场效应管m6的源极分别与电阻r2的一端和接地电容c4连接，所述电阻r2的另一端与电感l4的一端连接，所述电感l4的另一端分别与电容c8的另一端和微带线tl8的一端连接，所述微带线tl8的另一端与场效应管m5的漏极连
接，所述场效应管m5的源极接地，所述场效应管m5的栅极与微带线tl9的一端连接，所述微带线tl9的另一端分别与第二偏置网络和电容c10的一端连接，所述电容c10的另一端分别与接地电感l5和电容c11的一端连接，所述电容c11的另一端作为所述接收三级电流复用放大网络的输入端。
16.上述进一步方案的有益效果为：本发明中接收放大网络采用三级电流复用的电路结构，该结构能够实现较高的增益和较低的噪声系数，而工作电流能做到相当于一级放大的电流，因此具有低噪声，高增益、低功耗的特性。
17.进一步地，所述第二偏置网络包括电容c6、电容c7、电容c9、电感l2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12和场效应管m8；所述电感l2的一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述场效应管m7的漏极连接，所述电感l2的另一端分别与所述电阻r3的一端、接地电容c6、电阻r6的一端、电阻r9的一端和电阻r11的一端连接，并与电源电压vdr连接，所述电阻r3的另一端与接地电容c7连接，所述电阻r6的另一端分别与接地电阻r5和电阻r4的一端连接，所述电阻r4的另一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述微带线tl6的另一端连接，所述电阻r9的另一端分别与接地电阻r8和电阻r7的一端连接，所述电阻r7的另一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述微带线tl7的另一端连接，所述电阻r11的另一端分别与接地电容c9和场效应管m8的漏极连接，所述场效应管m8的源极与接地电阻r12连接，所述场效应管m8的栅极与电阻r10的一端连接，所述电阻r10的另一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述微带线tl9的另一端连接。
18.上述进一步方案的有益效果为：本发明中第二偏置网络包含了有源偏置、无源偏置和电源馈电。有源偏置能降低电路对工艺波动的敏感度，同时提高电路的线性度。无源偏置采用相同类型的电阻分压来实现。电源馈电端口采用并联c到地和串联rc到地电路主要实现对电源低频和高频自激不稳定信号进行抑制。
19.进一步地，所述第二开关切换网络包括场效应管m15、场效应管m16、场效应管m17、微带线tl10、微带线tl11、微带线tl12和微带线tl13；所述场效应管m16的源极与所述微带线tl11的一端连接，并作为所述第二开关切换网络的输入rin/输出tout端；所述场效应管m16的源极与控制电压v1连接，所述场效应管m16的漏极与场效应管m15的源极连接，所述场效应管m15的栅极与控制电压v1连接，所述场效应管m15的漏极与微带线tl12的一端连接，所述微带线tl12的另一端与微带线tl13的一端连接，所述微带线tl13的另一端作为所述第二开关切换网络的输入端；所述微带线tl11的另一端分别与场效应管m17的源极和微带线tl10的一端连接，所述场效应管m17的漏极接地，所述场效应管m17的栅极与控制电压v1连接，所述微带线tl0的另一端作为所述第二开关切换网络的输出端。
20.上述进一步方案的有益效果为：本发明中第二开关切换网络的tout端口开关串联单元采用两个开关管级联结构，该结构可以提高开关管上的电压摆幅，改善开关的功率特性，同时获得低插损的特性，使发射支路放大网络的输出功率经过开关管输出时不会压缩，提高发射支路的功率效率；rin端口开关采用四分之一波长微带线加并联管到地的级联结构，该结构具有很小的插损特性，以减小噪声系数的恶化。
附图说明
21.图1为本发明提供的双通道收发多功能芯片结构图。
22.图2为本发明提供的双通道收发多功能芯片电路图。
具体实施方式
23.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
24.本发明实施例提供了一种双通道收发多功能芯片，如图1所示，包括第一开关切换网络、发射共源共栅 共源放大网络、接收三级电流复用放大网络、第一偏置网络、第二偏置网络和第二开关切换网络；所述第一开关切换网络的输出端、发射共源共栅 共源放大网络和第一开关切换网络的输入端依次连接，所述第二开关切换网络的输出端、接收三级电流复用放大网络、第一开关切换网络的输入端依次连接；所述发射共源共栅 共源放大网络还与第一偏置网络连接，所述接收三级电流复用放大网络还与第二偏置网络连接；所述第一开关切换网络设置有所述双通道收发多功能芯片的输出rout/输入tin端，所述第二开关切换网络设置有所述双通道收发多功能芯片的输入rin/输出tout端。
25.如图2所示，本发明实施例中的所述第一开关切换网络包括场效应管m1、场效应管m2、场效应管m3、场效应管m4、微带线tl1、微带线tl2、微带线tl3和微带线tl4；所述场效应管m3的源极和场效应管m4的源极相互连接，并作为所述第一开关切换网络的输出rout/输入tin端；所述场效应管m3的栅极与控制电压v1连接，所述场效应管m3的漏极与微带线tl3的一端连接，所述微带线tl3的另一端分别与场效应管m2的源极和微带线tl4的一端连接，所述场效应管m2的漏极接地，所述场效应管m2的栅极与控制电压v2连接，所述微带线tl4的另一端作为所述第一开关切换网络的输出端；所述场效应管m4的栅极与控制电压v2连接，所述场效应管m4的漏极与微带线tl2的一端连接，所述微带线tl3的另一端分别与场效应管m1的源极和微带线tl1的一端连接，所述场效应管m1的漏极接地，所述场效应管m2的栅极与控制电压v1连接，所述微带线tl1的另一端作为所述第一开关切换网络的输入端。
26.如图2所示，本发明实施例中的所述发射共源共栅 共源放大网络包括电容c12、接地电容c13、电容c14、接地电容c15、接地电容c16、接地电容c22、电容c23、电容c24、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电感l7、接地电感l9、微带线tl14、微带线tl15、微带线tl16、微带线tl17、微带线tl18、场效应管m9、场效应管m10、场效应管m11、场效应管m12；所述电容c24的一端作为所述发射共源共栅 共源放大网络的输入端，所述电容c24的另一端分别与接地电感l9和电容c23的一端连接，所述电容c23的另一端分别与所述第一偏置网络和场效应管m9的栅极连接，所述场效应管m9的源极接地，所述场效应管m9的漏极与场效应管m10的源极连接，所述场效应管m10的栅极分别与电阻r15的一端和第一偏
置网络连接，所述电阻r15的另一端与接地电容c22连接，所述场效应管m10的漏极分别与第一偏置网络、电感l7的一端和接地电容c16连接，所述电感l7的另一端分别与接地电容c15和电容c14的一端连接，所述电容c14的另一端分别与微带线tl18的一端和微带线tl17的一端连接，所述微带线tl18的另一端与场效应管m12的栅极连接，所述场效应管m12的源极接地，所述场效应管m12的漏极分别与电阻r13的一端和微带线tl16的一端连接，所述微带线tl17的另一端分别与电阻r14的一端和场效应管m11的栅极连接，所述电阻r14的另一端与第一偏置网络连接，所述场效应管m11的源极接地，所述场效应管m11的漏极分别与电阻r13的另一端和微带线tl15的一端连接，所述微带线tl16的另一端和微带线tl15的另一端相互连接，并分别与第一偏置网络和微带线tl14的一端连接，所述微带线tl14的另一端分别与接地电容c13和电容c12的一端连接，所述电容c12的另一端作为所述发射共源共栅 共源放大网络的输出端。
27.如图2所示，本发明实施例中的所述第一偏置网络包括电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、接地电阻r20、电阻r21、电阻r22、接地电阻r23、电阻r24、电阻r25、接地电阻r26、接地电容c17、接地电容c18、接地电容c19、电容c20、电容c21、接地电容c22、电感l6、电感l8、场效应管m13和场效应管m14；所述电阻r25的一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述电容c23的另一端连接，所述电阻r25的另一端与场效应管m13的栅极连接，所述场效应管m13的源极与接地电阻r26连接，所述场效应管m13的漏极分别与电阻r24的一端和接地电容c22连接，所述电阻r24的另一端分别与电阻r21的一端、接地电容c20、电感l8的一端和电阻r17的一端连接，并与电源电压vdt1连接，所述电阻r21的另一端分别与接地电阻r22和电阻r23的一端连接，所述电阻r23的另一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述场效应管m10的栅极连接，所述电感l8的另一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述场效应管m10的漏极连接，所述电阻r17的另一端与接地电容c21连接；所述电阻r18的一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述电阻r14的另一端连接，所述电阻r18的另一端与场效应管m14的栅极连接，所述场效应管m14的源极与接地电阻r20连接，所述场效应管m14的漏极分别与接地电容c19和电阻r19的一端连接，所述电阻r19的另一端分别与电感l6的一端、接地电容c17和电阻r16的一端连接，并与电源电压vdt2连接，所述电感l6的另一端与所述发射共源共栅 共源放大网络中所述微带线tl16的另一端连接，所述电阻r16的另一端与接地电容c18连接。
28.如图2所示，本发明实施例中的所述接收三级电流复用放大网络包括电容c1、电容c2、接地电容c3、接地电容c4、电容c5、电容c8、电容c10、电容c11、电阻r1、电阻r2、接地电感l1、电感l3、电感l4、接地电感l5、微带线tl5、微带线tl6、微带线tl7、微带线tl8、微带线tl9、场效应管m5、场效应管m6和场效应管m7；所述电容c1的一端作为所述接收三级电流复用放大网络的输出端，所述电容c1的另一端分别与接地电感l1和电容c2的一端连接，所述电容c2的另一端与微带线tl5的一端连接，所述微带线tl5的另一端分别与第二偏置网络和场效应管m7的漏极连接，所述场效应管m7的栅极与微带线tl6的一端连接，所述微带线tl6的另一端分别与第二偏置网络和电容c5的一端连接，所述场效应管m7的源极分别与接地电容c3和电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端与电感l3的一端连接，所述电感l3的另一端分别与电容c5的另一端和场效应管
m6的漏极连接，所述场效应管m6的栅极与微带线tl7的一端连接，所述微带线tl7的另一端分别与第二偏置网络和电容c8的一端连接，所述场效应管m6的源极分别与电阻r2的一端和接地电容c4连接，所述电阻r2的另一端与电感l4的一端连接，所述电感l4的另一端分别与电容c8的另一端和微带线tl8的一端连接，所述微带线tl8的另一端与场效应管m5的漏极连接，所述场效应管m5的源极接地，所述场效应管m5的栅极与微带线tl9的一端连接，所述微带线tl9的另一端分别与第二偏置网络和电容c10的一端连接，所述电容c10的另一端分别与接地电感l5和电容c11的一端连接，所述电容c11的另一端作为所述接收三级电流复用放大网络的输入端。
29.如图2所示，本发明实施例中的所述第二偏置网络包括电容c6、电容c7、电容c9、电感l2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12和场效应管m8；所述电感l2的一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述场效应管m7的漏极连接，所述电感l2的另一端分别与所述电阻r3的一端、接地电容c6、电阻r6的一端、电阻r9的一端和电阻r11的一端连接，并与电源电压vdr连接，所述电阻r3的另一端与接地电容c7连接，所述电阻r6的另一端分别与接地电阻r5和电阻r4的一端连接，所述电阻r4的另一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述微带线tl6的另一端连接，所述电阻r9的另一端分别与接地电阻r8和电阻r7的一端连接，所述电阻r7的另一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述微带线tl7的另一端连接，所述电阻r11的另一端分别与接地电容c9和场效应管m8的漏极连接，所述场效应管m8的源极与接地电阻r12连接，所述场效应管m8的栅极与电阻r10的一端连接，所述电阻r10的另一端与所述接收三级电流复用放大网络中所述微带线tl9的另一端连接。
30.如图2所示，本发明实施例中的所述第二开关切换网络包括场效应管m15、场效应管m16、场效应管m17、微带线tl10、微带线tl11、微带线tl12和微带线tl13；所述场效应管m16的源极与所述微带线tl11的一端连接，并作为所述第二开关切换网络的输入rin/输出tout端；所述场效应管m16的源极与控制电压v1连接，所述场效应管m16的漏极与场效应管m15的源极连接，所述场效应管m15的栅极与控制电压v1连接，所述场效应管m15的漏极与微带线tl12的一端连接，所述微带线tl12的另一端与微带线tl13的一端连接，所述微带线tl13的另一端作为所述第二开关切换网络的输入端；所述微带线tl11的另一端分别与场效应管m17的源极和微带线tl10的一端连接，所述场效应管m17的漏极接地，所述场效应管m17的栅极与控制电压v1连接，所述微带线tl0的另一端作为所述第二开关切换网络的输出端。
31.本发明实施例中的控制电压v1和控制电压v2为相反的两组高低电平（0v和-5v），根据开关切换状态其电压值会调整。
32.下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：发射通道工作时，射频输入信号通过输入端tin进入单刀双掷开关，通过控制信号切换，进行发射输入匹配网络，经输入匹配网络进行阻抗匹配后进入第一级共源共栅放大网络进行信号放大，放大后的信号通过级间匹配网络进行阻抗匹配后，进入第二级共源功率合成放大网络进行信号放大，再通过单刀双掷开关控制信号切换，最终形成射频输出信
号到达输出端tout。此时接收通道开关处于关断状态，接收放大网络漏压为0v。接收通道工作时，射频输入信号通过输入端rn进入单刀双掷开关，通过控制信号切换，进行接收输入匹配网络，经输入匹配网络进行阻抗匹配后进入三级电流复用放大网络进行信号放大，再通过单刀双掷开关控制信号切换，最终形成射频输出信号到达输出端rout。此时发射通道开关处于关断状态，发射放大网络漏压为0v。该结构具有较高的通道隔离度，可以实现射频信号的双通道收发状态工作。