一种多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的制作方法

1.本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片。


背景技术：

2.随着雷达技术的发展，对接收前端提出了小型化、轻量化、性能可靠等要求，接收机正朝着高集成度和超小型化方向发展，而这些领域中多通道接收机是相控阵雷达的核心组成部分，因为相控阵雷达的天线阵面子阵数量可达几十到几百个，所以需要较多t/r模块，而接收芯片中集成多通道的接收电路可降低t/r组件整体重量和体积，有利于相控阵雷达的小型化和集成化发展，因此有着良好、广泛的应用前景。但同时也对其在多通道同时工作时的低噪声、低功耗、高幅相控制精度、高集成度、通道隔离度、可靠性等各方面性能提出了较高的设计需求。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片，具有多通道信号切换工作、高通道隔离度、低噪声、高增益、低功耗、高衰减移相精度、高集成度等优点。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片，包括三级放大开关网络、一分三功分网络、第一数控衰减移相网络、第二数控衰减移相网络、第三数控衰减移相网络、串行驱动网络以及直通网络；所述三级放大开关网络的输入端作为所述多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的射频输入端，所述三级放大开关网络的第一输出端与所述一分三功分网络的输入端连接，所述三级放大开关网络的第二输出端与直通网络的输入端连接，所述一分三功分网络的第一输出端与所述第一数控衰减移相网络的输入端连接，所述一分三功分网络的第二输出端与所述第二数控衰减移相网络的输入端连接，所述一分三功分网络的第三输出端与所述第三数控衰减移相网络的输入端连接；所述直通网络、第一数控衰减移相网络、第二数控衰减移相网络以及第三数控衰减移相网络还均与串行驱动网络连接；所述第一数控衰减移相网络的输出端作为所述多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的第一射频输出端，所述第二数控衰减移相网络的输出端作为所述多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的第二射频输出端，所述第一数控衰减移相网络的输出端作为所述多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的第三射频输出端，所述直通网络的输出端作为所述多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的第四射频输出端。
5.本发明的有益效果为：本发明中第一数控衰减移相网络、第二数控衰减移相网络、第三数控衰减移相网络均包含相同结构的衰减单元和移相单元，其中衰减单元采用改进的π型衰减结构，该结构通过增加串联开关管并联电容和并联开关管堆叠的形式，可以改善高
频附加相移和减小高频寄生电容对衰减精度的影响；移相单元采用改进的反射式移相结构，该结构通过增加串联开关管串联电容和并联开关管并联电容的形式，可以改善高频移相精度和幅度调制。衰减移相单元的数量可根据实际应用情况进行增加设计。
6.进一步地，所述三级放大开关网络包括电容c1；所述电容c1的一端作为所述三级放大开关网络的输入端，其另一端分别与电阻r1的一端和微带线tl1的一端连接；所述电阻r1的另一端分别与接地电容c7、场效应管m4的栅极、场效应管m4的漏极，以及电阻r3的一端连接，所述场效应管m4的源极与接地电阻r2连接，所述电阻r3的另一端分别与电阻r4的一端、电阻r7的一端、电感l3的一端、电阻r10的一端，以及接地电容c8连接，并作为所述三级放大开关网络的vd端口，所述电阻r10的另一端与接地电容c9连接，所述电阻r7的另一端分别与接地电阻r9和电阻r8的一端连接，所述电阻r4的另一端分别与接地电阻r6和电阻r5的一端连接；所述微带线tl1的另一端与场效应管m1的栅极连接，所述场效应管m1的源极接地，所述场效应管m1的漏极分别与电容c2的一端和电感l1的一端连接，所述电容c2的另一端分别与电阻r5的另一端和微带线tl2的一端连接，所述微带线tl2的另一端与场效应管m2的栅极连接，所述电感l1的另一端分别与接地电容c5和场效应管m2的源极连接，所述场效应管m2的漏极分别与电容c3的一端和电感l2的一端连接，所述电容c3的另一端分别与电阻r8的另一端和微带线tl3的一端连接，所述微带线tl3的另一端与场效应管m3的栅极连接，所述电感l2的另一端分别与接地电容c6和场效应管m3的源极连接，所述场效应管m3的漏极分别与电感l3的另一端和微带线tl4的一端连接，所述微带线tl4的另一端与电容c4的一端连接，所述电容c4的另一端分别与微带线tl5的一端、场效应管m5的源极，以及场效应管m7的漏极连接，所述微带线tl5的另一端分别与电阻r11的一端和场效应管m6的漏极连接，所述电阻r11的另一端与场效应管m6的源极连接，并作为所述三级放大开关网络的第一输出端，所述场效应管m6的栅极作为所述三级放大开关网络的ve端口，所述场效应管m5的漏极接地，所述场效应管m5的栅极作为所述三级放大开关网络的vf端口，所述场效应管m7的栅极作为所述三级放大开关网络的vg端口，所述场效应管m7的源极与微带线tl6的一端连接，所述微带线tl6的另一端作为所述三级放大开关网络的第二输出端；所述vd端口、ve端口、vf端口，以及vg端口均与串行驱动网络的对应端口连接。
7.上述进一步方案的有益效果为：本发明公共通道采用电流复用的三级放大开关网络，实现低噪声，高增益、低功耗、低插损高隔离开关切换的特性。偏置部分采用有源偏置网络和无源偏置网络，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。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。vd为三级放大开关网络工作漏电压。
8.进一步地，所述一分三功分网络包括微带线tl7；所述微带线tl7的一端作为所述一分三功分网络的输入端，所述微带线tl7的另一端分别与电感l4的一端、电感l5的一端，以及电感l6的一端连接，所述电感l4的另一端分别与接地电容c10、电阻r12的一端，以及电感l7的一端连接，所述电感l5的另一端分别与电阻r12的另一端、电感l8的一端以及电阻r13的一端连接，所述电感l6的另一端分别与电阻r13的另一端、电感l9的一端，以及接地电容c11连接；
所述电感l7的另一端分别与微带线tl8的一端和电阻r14的一端连接，所述电阻r14的另一端分别与电感l8的另一端、微带线tl9的一端以及电阻r15的一端连接，所述电阻r15的另一端分别与电感l9的另一端和微带线tl10的一端连接，所述微带线tl8的另一端作为一分三功分网络的第一输出端，所述微带线tl9的另一端作为一分三功分网络的第二输出端，所述微带线tl10的另一端作为一分三功分网络的第三输出端。
9.上述进一步方案的有益效果为：上述一分三功分网络采用威尔金森功分器结构，并采用集总元件设计以减小面积，该结构能对射频输入信号进行等幅等相的同比例分配，保证三个通道的幅相一致性和通道间的较高隔离度。
10.进一步地，所述第一数控衰减移相网络包括场效应管m8；所述场效应管m8的漏极作为所述第一数控衰减移相网络的输入端，并分别与电感l10的一端和电感l12的一端连接，所述场效应管m8的源极分别与电感l11的一端和电感l13的一端连接；所述电感l10的另一端分别与电容c12的一端和电阻r16的一端连接，所述电容c12的另一端分别与电感l11的另一端、电阻r16的另一端，以及电阻r17的一端连接，所述电阻r17的另一端与场效应管m11的漏极连接，所述场效应管m11的源极与场效应管m12的漏极连接，所述场效应管m12的源极接地；所述电感l12的另一端分别与电容c13的一端、电阻r18的一端、以及电阻r19的一端连接，所述电容c13的另一端分别与电感l13的另一端和电阻r18的另一端连接，所述电阻r19的另一端与场效应管m9的漏极连接，所述场效应管m9的源极与场效应管m10的漏极连接，所述场效应管m10的源极接地；所述场效应管m8的源极还分别与电感l14的一端和场效应管m13的漏极连接，所述电感l14的另一端分别与电感l15的一端和电感l16另一端连接，所述电感l16的另一端分别与接地电容c15和场效应管m14的漏极连接，所述场效应管m14的源极接地，所述电感l15的另一端通过电容c14与场效应管m13的源极连接，并作为所述第一数控衰减移相网络的输出端；所述场效应管m12的栅极、场效应管m11的栅极、场效应管m9的栅极，以及场效应管m10的栅极相互连接，并作为所述第一数控衰减移相网络的vb1端口，所述场效应管m8的栅极作为所述第一数控衰减移相网络的va1端口，所述场效应管m13的栅极作为所述第一数控衰减移相网络片的vc1端口，所述场效应管m14的栅极作为所述第一数控衰减移相网络的vd1端口；所述va1端口、vb1端口、vc1端口，以及vd1端口均与串行驱动网络的对应端口连接。
11.进一步地，所述第二数控衰减移相网络和第三数控衰减移相网络的电路结构与所述第一数控衰减移相网络的电路结构相同；所述第二数控衰减移相网络中设置有所述第二数控衰减移相网络的va2端口、vb2端口、vc2端口以及vd2端口，且所述va2端口、vb2端口、vc2端口，以及vd2端口均与串行驱动网络的对应端口连接；所述第三数控衰减移相网络中设置有所述第三数控衰减移相网络的va3端口、vb3端口、vc3端口以及vd3端口，且所述va3端口、vb3端口、vc3端口，以及vd3端口均与串行驱动
网络的对应端口连接。
12.上述进一步方案的有益效果为：上述进一步方案中的第一~第三数控衰减移相网络的电路结构相同以保证三个通道的幅相一致性。其中衰减单元采用新型π型结构，实现高精度衰减和低插损特性，移相单元采用新型反射式单元，实现高精度移相和低插损特性。
13.进一步地，所述直通网络包括场效应管m29；所述场效应管m29的源极作为所述直通网络的第一输入端，所述场效应管m29的漏极与微带线tl11的一端连接，所述微带线tl11的另一端分别与场效应管m30的源极、场效应管m31的源极以及电阻r28的一端连接，所述场效应管m30的漏极接地，所述电阻r28的另一端与场效应管m31的漏极连接，并作为所述直通网络的输出端；所述场效应管m29的栅极与场效应管m31的栅极连接，并作为所述直通网络的vg端口，所述场效应管m30的栅极作为所述直通网络的vh端口；所述vg端口和vh端口均与串行驱动网络的对应端口连接。
14.上述进一步方案的有益效果为：上述直通网络采用两串一并开关管实现，具有低插损，匹配式输出的特点。
附图说明
15.图1为本发明提供的多通道衰减移相串口控制多功能芯片结构框图。
16.图2为本发明提供的多通道衰减移相串口控制多功能芯片电路原理图。
17.图3为本发明提供的串行驱动网络的端口示意图。
具体实施方式
18.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。
19.实施例1：本发明实施例提供了一种多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片，如图1所示，包括三级放大开关网络、一分三功分网络、第一数控衰减移相网络、第二数控衰减移相网络、第三数控衰减移相网络、串行驱动网络以及直通网络；三级放大开关网络的输入端作为多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的射频输入端，三级放大开关网络的第一输出端与一分三功分网络的输入端连接，三级放大开关网络的第二输出端与直通网络的输入端连接，一分三功分网络的第一输出端与第一数控衰减移相网络的输入端连接，一分三功分网络的第二输出端与第二数控衰减移相网络的输入端连接，一分三功分网络的第三输出端与第三数控衰减移相网络的输入端连接；直通网络、第一数控衰减移相网络、第二数控衰减移相网络以及第三数控衰减移相网络还均与串行驱动网络连接；第一数控衰减移相网络的输出端作为多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的第一射频输出端，第二数控衰减移相网络的输出端作为多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的第二射频输出端，第一数控衰减移相网络的输出端作为多通道放大衰减移相串
口控制多功能芯片的第三射频输出端，直通网络的输出端作为多通道放大衰减移相串口控制多功能芯片的第四射频输出端。
20.如图2所示，本实施例中的三级放大开关网络包括电容c1；电容c1的一端作为三级放大开关网络的输入端，其另一端分别与电阻r1的一端和微带线tl1的一端连接；电阻r1的另一端分别与接地电容c7、场效应管m4的栅极、场效应管m4的漏极，以及电阻r3的一端连接，场效应管m4的源极与接地电阻r2连接，电阻r3的另一端分别与电阻r4的一端、电阻r7的一端、电感l3的一端、电阻r10的一端，以及接地电容c8连接，并作为三级放大开关网络的vd端口，电阻r10的另一端与接地电容c9连接，电阻r7的另一端分别与接地电阻r9和电阻r8的一端连接，电阻r4的另一端分别与接地电阻r6和电阻r5的一端连接；微带线tl1的另一端与场效应管m1的栅极连接，场效应管m1的源极接地，场效应管m1的漏极分别与电容c2的一端和电感l1的一端连接，电容c2的另一端分别与电阻r5的另一端和微带线tl2的一端连接，微带线tl2的另一端与场效应管m2的栅极连接，电感l1的另一端分别与接地电容c5和场效应管m2的源极连接，场效应管m2的漏极分别与电容c3的一端和电感l2的一端连接，电容c3的另一端分别与电阻r8的另一端和微带线tl3的一端连接，微带线tl3的另一端与场效应管m3的栅极连接，电感l2的另一端分别与接地电容c6和场效应管m3的源极连接，场效应管m3的漏极分别与电感l3的另一端和微带线tl4的一端连接，微带线tl4的另一端与电容c4的一端连接，电容c4的另一端分别与微带线tl5的一端、场效应管m5的源极，以及场效应管m7的漏极连接，微带线tl5的另一端分别与电阻r11的一端和场效应管m6的漏极连接，电阻r11的另一端与场效应管m6的源极连接，并作为三级放大开关网络的第一输出端，场效应管m6的栅极作为三级放大开关网络的ve端口，场效应管m5的漏极接地，场效应管m5的栅极作为三级放大开关网络的vf端口，场效应管m7的栅极作为三级放大开关网络的vg端口，场效应管m7的源极与微带线tl6的一端连接，微带线tl6的另一端作为三级放大开关网络的第二输出端；vd端口、ve端口、vf端口，以及vg端口均与串行驱动网络的对应端口连接，其中，vd端口对应于串行驱动网络的工作正电压，ve端口和vf端口对应于三级放大开关网络所需的开关切换电压，vg端口对应于直通网络所需的开关切换信号。
21.如图2所示，本实施例中的一分三功分网络包括微带线tl7；微带线tl7的一端作为一分三功分网络的输入端，微带线tl7的另一端分别与电感l4的一端、电感l5的一端，以及电感l6的一端连接，电感l4的另一端分别与接地电容c10、电阻r12的一端，以及电感l7的一端连接，电感l5的另一端分别与电阻r12的另一端、电感l8的一端以及电阻r13的一端连接，电感l6的另一端分别与电阻r13的另一端、电感l9的一端，以及接地电容c11连接；电感l7的另一端分别与微带线tl8的一端和电阻r14的一端连接，电阻r14的另一端分别与电感l8的另一端、微带线tl9的一端以及电阻r15的一端连接，电阻r15的另一端分别与电感l9的另一端和微带线tl10的一端连接，微带线tl8的另一端作为一分三功分网络的第一输出端，微带线tl9的另一端作为一分三功分网络的第二输出端，微带线tl10的另一端作为一分三功分网络的第三输出端。
22.如图2所示，本实施例中的第一数控衰减移相网络包括场效应管m8；
场效应管m8的漏极作为第一数控衰减移相网络的输入端，并分别与电感l10的一端和电感l12的一端连接，场效应管m8的源极分别与电感l11的一端和电感l13的一端连接；电感l10的另一端分别与电容c12的一端和电阻r16的一端连接，电容c12的另一端分别与电感l11的另一端、电阻r16的另一端，以及电阻r17的一端连接，电阻r17的另一端与场效应管m11的漏极连接，场效应管m11的源极与场效应管m12的漏极连接，场效应管m12的源极接地；电感l12的另一端分别与电容c13的一端、电阻r18的一端、以及电阻r19的一端连接，电容c13的另一端分别与电感l13的另一端和电阻r18的另一端连接，电阻r19的另一端与场效应管m9的漏极连接，场效应管m9的源极与场效应管m10的漏极连接，场效应管m10的源极接地；场效应管m8的源极还分别与电感l14的一端和场效应管m13的漏极连接，电感l14的另一端分别与电感l15的一端和电感l16的一端连接，电感l16的另一端分别与接地电容c15和场效应管m14的漏极连接，场效应管m14的源极接地，电感l15的另一端通过电容c14与场效应管m13的源极连接，并作为第一数控衰减移相网络的输出端；场效应管m12的栅极、场效应管m11的栅极、场效应管m9的栅极，以及场效应管m10的栅极相互连接，并作为第一数控衰减移相网络的vb1端口，场效应管m8的栅极作为第一数控衰减移相网络的va1端口，场效应管m13的栅极作为第一数控衰减移相网络片的vc1端口，场效应管m14的栅极作为第一数控衰减移相网络的vd1端口；va1端口、vb1端口、vc1端口，以及vd1端口均与串行驱动网络的对应端口连接。
23.在本实施例中第二数控衰减移相网络和第三数控衰减移相网络的电路结构与第一数控衰减移相网络的电路结构相同；第二数控衰减移相网络中设置有第二数控衰减移相网络的va2端口、vb2端口、vc2端口以及vd2端口，且va2端口、vb2端口、vc2端口，以及vd2端口均与串行驱动网络的对应端口连接；第三数控衰减移相网络中设置有第三数控衰减移相网络的va3端口、vb3端口、vc3端口以及vd3端口，且va3端口、vb3端口、vc3端口，以及vd3端口均与串行驱动网络的对应端口连接。
24.本实施例中的va1~vb1端口为第一数控衰减移相网络通道的衰减控制信号，vc1~vd1为第一数控衰减移相网络通道的移相控制信号；va2~vb2为第二数控衰减移相网络通道的衰减控制信号，vc2~vd2为第二数控衰减移相网络通道的移相控制信号；va3~vb3为第三数控衰减移相网络通道的衰减控制信号，vc3~vd3为第三数控衰减移相网络通道的移相控制信号。
25.如图2所示，本实施例中的直通网络包括场效应管m29；场效应管m29的源极作为直通网络的第一输入端，场效应管m29的漏极与微带线tl11的一端连接，所述微带线tl11的另一端分别与场效应管m30的源极、场效应管m31的源极以及电阻r28的一端连接，场效应管m30的漏极接地，电阻r28的另一端与场效应管m31的漏极连接，并作为直通网络的输出端；场效应管m29的栅极与场效应管m31的栅极连接，并作为直通网络的vg端口，场效应管m30的栅极作为直通网络的vh端口；
vg端口和vh端口均与串行驱动网络的对应端口连接，对应于直通网络所需的开关切换信号。
26.如图3所示，本实施例中的串行驱动网络集成了超缓冲非门、非门、与门、电平转换等模块单元，实现串口数据转并行数据输出的功能；其中va1~vd1、va2~vd2、va3~vd3这三组为第一~第三衰减移相网络所需的控制信号，ve、vf为三级放大开关网络所需的开关切换信号，vg、vh为直通网络所需的开关切换信号，均由串行驱动网络提供输出，通过高低电平切换来实现移相衰减状态的变化。其中，vd为串行驱动网络的工作正电压，vs为串行驱动网络的工作负电压，clk为时钟信号，data为数据输入信号，load为一级锁存信号，end为二级锁存信号，ad0~ad3为片选信号，so为串行数据输出。clk为时钟信号，data为数据输入信号，load为一级锁存信号，end为二级锁存信号，ad0~ad3为芯片地址位，so为串行数据输出。
27.实施例2：本实施例中结合图2对本发明芯片的具体工作原理及过程进行介绍：射频输入信号通过输入端rfin进入三级放大开关网络进行信号的低噪声放大和开关切换通道选择，切换至幅相控制状态，则信号通过一分三路功分网络将放大的射频信号等幅等相分配为幅相一致的三路信号，最后通过数控移相衰减网络1-3进行四路信号的幅相变换，其中衰减单元采用新型桥t形和π型结构，实现高精度衰减和低插损特性。移相单元采用新型反射式和电桥高低通式单元，实现高精度移相和低插损特性。切换至直通状态，则信号经过直通网络输出。通过串行驱动网络提供控制信号实现这一功能，该结构具有低噪声、高增益、低功耗、高集成度、高通道隔离度和高通道一致性的优点，可以实现射频信号的多通道同时放大、幅相控制及直通状态切换工作。