Главная Промышленная автоматика.

Первый каскад

Межкаскадная согласующая цепь Второй каскад

Вход


Пяотсть заземпеиип с-r-rr\.

-II-

вых/

L rw-> ,

"1

Выход

по постоянному току

икп,>"н 0,8 (каждая)

ор;"" 0,9 I 0,6

С,пФ I (каждая)

0,5 (каждая) 1.5

Ширина 3 отбора 0,6 (каждая) ПТШ, мм

1,2 (каждая)

Рис. 14.34. Схема двухкаскадного двухтактного усилителя диапазона 8-12,5 ГГц, предназначенного для полупроводникового интегрального исполнения

ственно. Для проверки баланса характеристик предназначены кольцевые направленные ответвитепи, выполненные на подложках из АЬОз. Эти цепи делят входной сигнал (микрополосковая линия с входным сопротивлением 50 Ом) на два сигнала, сдвинутых по фазе на 180° (компланарные линии с волновым сопротивлением 50 Ом).

Такой двухкаскадный усилитель на частоте 9,5 ГГц при малом сигнале имел коэффициент усиления 13 дБ, при сжатии коэффициента усиления на 1 дБ выходную мощность 1,1 Вт и при коэффициенте усиления 10 дБ мощность насыщения 1,25 Вт. В более ранней статье [200] детально описан двухтактный усилитель мощности и приведены предварительные результаты разработки GaAs полупроводникового интегрального усилителя с двумя противофазными выходами, предназначенного для использования на входе двухтактного усилителя вместо кольцевого направленного ответвителя. Принципиальная схема двухкаскадного двухтактного четырехтранзистор-ного усилителя показана на рис. 14.34, а вид кристалла сверху изображен на рис. 14.35. Последовательно включенные катушки индуктивности и конденсаторы вьшолнены на поверхности кристалла, а параллельно включенные катушки индуктивности реализованы в виде соединяющих проволочек диаметром 25 мкм. Такое схемотехническое решение позволяет провести исследование усилителя на начальной стадии его проектирования. Каждая из структур транзисторов содержит специальные воздушные мостики, осуществляющие надежное заземление истоковых вьшодов. Общее заземление и электрический контакт с металлизапионным слоем нижней сторо-



в к од


ПТШ с шириной затвора 600 мкм

Метал1изациа GaAs

Металл

Нитрид кремний

Выход

Металл GsAs металл

ПТШ с шириной затдора 12 мм

Размеры кристалла ЛТШ

20x20 мм

Последовательно включенные кондеисоторь!

Последовательна Включенные катушки иидуктивиости

Рис 14 35 Топология полупроводникового интегрально! о двухкаскадного двухтактного усилителя диапазона 8-12,5 ГГц

НЫ кристалла выполняются по его краю. Входные и выходные контактные площадки вынесены на край кристалла и спроектированы таким образом, чтобы они соответствовали микрополосковым линиям с волновым сопротивлением 50 или 100 Ом.

При проектировании топологии усилителя были учтены два достоинства, присущие двухтактной схеме, которые особенно важны для мощных СВЧ усилителей. Во-первых, поскольку двухтактная схема базируется на последовательном включении транзисторов, то использование двух транзисторов с шириной затвора 1,2 мм соответствует усшштелю на одном транзисторе с шириной затвора 2,4 мм. Это упрощает решение задачи согласования транзисторов, так как необходимый в данном случае коэффициент трансформации снижается вдвое. Во-вторых, как показано на рис. 14 34, переменный ток основной частоты является общим для пары транзисторов двухтактной схемы. Выбранная форма контактных площадок для вьшолнения надежного заземления (близка к компланарным волноводам) легко обеспечивает соединение истоков двух транзисторов. Если каждый транзистор в паре практически полностью согласован, то только небольшая часть тока истока будет протекать по цепи общего заземления. Поэтому требования к качеству общего заземления через общее основание усилителя не будут такими высокими, как в случае обычной схемы.

Поскольку усилитель работает по двухтактной схеме, то по переменному тоКу каждый транзистор имеет относительную плоскость заземления, располагаемую на кристалле между двумя каналами усиления (см рис 14 35)





14 36 Кристалл двухкаскадною двухтактного усилителя без навесных проволочек индуктивных элементов

юдовательно, проектирование согласующих цепей в данном случае мож осуществить, рассмотрев усилитель как двухкаскадный с транзисторами,

меющими ширину затворов 600 мкм и 1,2 мм в первом и втором каскадах ответственно При этом для обеспечения работоспособности схемы индук-

ишость любой катушки, включаемой параллельно, должна быть вдвое боль-чем это требуется для обычного усилителя Два конденсатора, включен-\ последовательно в схему усилителя, необходимы для разделения тракторов по постоянному току, являются элементами межкаскадной согла-кяцей цепи, выполнены в виде тонкотшеночных межслойных структур с

I )лектриком из нитрида кремния (е7, толщина 400 нм) и имеют ем-L ть по 1 пФ Добротность таких конденсаторов, измеренная на частоте I I ц, оценивается величиной 30, большей, чем добротность используемых .ювитковых катушек индуктивности (20), что объясняется существен-ми потерями в проводнике тонкотшеночной катушки индуктивности, I полненной металлизацией подложки из арсенида галлия толщиной 0,1 мм скольку полоса усиления такого усилителя невелика (примерно 10%), пектирование осуществлялось с использованием круговых диаграмм ипа с учетом входных и выхо;щых сопротивлений аналогичных дискрет-1\ транзисторов, определенных на различных уровнях мощности Внешний вид кристалла двухкаскадною усилителя без навесных прово-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 [109] 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0045