GaN氮化镓功率倍增模块的制作方法

本实用新型涉及功率倍增模块，特别涉及满足CATV光接收机市场的高输出电平要求的GaN氮化镓功率倍增模块。

背景技术：

由于光接收机对MER值的要求越来越高，以及国外有线网络的DOCSIS3.1的提出，对于有线电视信号放大部分的失真度要求越来越高，但是现有的功率倍增放大模块的CTB、CSO以及MER值不能满足要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种输出的失真度较低的GaN氮化镓功率倍增模块。

本实用新型为达到上述目的所采用的一个技术方案是：一种GaN氮化镓功率倍增模块，采用GaN裸芯片和陶瓷基板结构，包括供电单元、输入端口保护单元、第一阻抗匹配单元、功率放大单元、第二阻抗匹配单元、输出端口保护单元，输入端口保护单元与第一阻抗匹配单元电连接，第一阻抗匹配单元与功率放大单元电连接，功率放大单元与第二阻抗匹配单元电连接，第二阻抗匹配单元与输出端口保护单元电连接；输入端口保护单元与第一阻抗匹配单元构成输入级，在输入级采用共源电路结构；第二阻抗匹配单元与输出端口保护单元构成输出级，在输出级采用共源共栅电路结构。

进一步地，第一阻抗匹配单元和第二阻抗匹配单元的变压器中分别设有平衡－不平衡变压器。

更进一步地，在输入端口保护单元和输出端口保护单元中分别设有T型高通滤波电路，T型高通滤波电路和瞬态电压抑制器TVS一起形成对静电和浪涌的防护。T型高通滤波电路，将静电和浪涌等低频段的干扰进行有效衰减，和瞬态电压抑制器TVS一起完成静电和浪涌防护工作。

更进一步地，功率放大单元采用GaN氮化镓功率倍增放大芯片IC1，GaN氮化镓功率倍增放大芯片IC1采用推挽二级级联放大电路，平衡信号分别经过IC1的A、B放大通道进行对称放大。二级级联放大电路保证了输出功率达到三阶失真CTB指标要求，推挽放大电路保证了输出功率达到二阶失真CSO指标要求。

更进一步地，输入端口保护单元由电容C5、C6、C7和电感L2以及瞬态电压抑制器TVS2组成，电容C5、电容C6、电容C7依次串联，电容C7的一端为信号输入端，来自模块信号输入脚，瞬态电压抑制器TVS2的一端与电容C6一端、电容C7另一端电连接，瞬态电压抑制器TVS2的另一端接地，瞬态电压抑制器TVS2用于静电和浪涌防护，电感L2一端与电容C5一端、电容C6另一端电连接，电感L2的另一端接地，电容C5的另一端与电感L1的一端电连接，电容C5、C6和电感L2组成的T型高通滤波电路，将静电和浪涌等低频段的干扰进行有效衰减，同瞬态电压抑制器TVS2配合，完成静电和浪涌防护。

输出端口保护单元由电容C15、C16、C17和电感L6以及瞬态电压抑制器TVS3组成，电容C15、电容C16、电容C17依次串联，电容C15的一端与电感L5另一端电连接，电容C15另一端与电容C16一端、电感L6一端电连接，电感L6的另一端接地，电容C16另一端和瞬态电压抑制器TVS3一端、电容C17一端电连接，瞬态电压抑制器TVS3的另一端接地，瞬态电压抑制器TVS3用于静电和浪涌防护，电容C17的另一端为信号输出端，电连接到模块信号输出脚，电容C15、C16和电感L6组成的T型高通滤波电路，将静电和浪涌等低频段的干扰进行有效衰减，同瞬态电压抑制器TVS3配合，完成静电和浪涌防护。

更进一步地，第一阻抗匹配单元由电感L1和电容C4和变压器T1、T2组成，电感L1另一端与变压器T1的2脚电连接，电感L1用于调整平坦度，隔直电容C4一端与变压器T1的1脚电连接，另一端接地，变压器T1的3、4脚分别电连接到变压器T2的3、2脚，变压器T2的1、4脚接地，变压器T1、T2组成不平衡-平衡变压器，完成阻抗匹配、功率分配、不平衡-平衡转换，平衡输出两路信号分别电连接到电阻R3、R4、R5的一端。

更进一步地，功率放大单元由电阻R3～R12和电容C8～C14和电感L3、L4以及功放芯片IC1组成，电阻R3一端与电阻R4一端以及变压器T1的3脚和T2的3脚电连接，电阻R3另一端与电阻R5一端以及变压器T1的4脚和T2的2脚电连接，电阻R4另一端与隔直电容C9一端电连接，隔直电容C9另一端电连接到IC1的放大A通道输入级信号输入端Ain，电阻R5另一端与隔直电容C10一端电连接，隔直电容C10另一端电连接到IC1的放大B通道输入级信号输入端Bin，电阻R3、R4、R5调整改善输入信号的线性指标，直流偏置电阻R6、R8和R7、R9分别串联后的电阻R8和R9的另一端分别电连接到IC1的输入级放大偏置脚Abias1和Bbias1，给IC1的输入级放大电路提供偏置，串联后的电阻R6和R7的另一端电连接到直流供电节点Vdd，滤波电容C8一端电连接到直流供电节点Vdd，另一端接地，直流偏置电阻R10一端和IC1的电流调整脚Aset、Bset电连接，另一端接地，电阻R10用于调整IC1的工作电流，直流偏置电阻R13一端电连接到直流供电节点Vdd，另一端和IC1的输出级放大偏置脚Abias2和Bbias2以及直流偏置电阻R14一端电连接，直流偏置电阻R14另一端接地，输入信号经过IC1的功率放大后从IC1的Aout、Bout脚输出，分别电连接到并联的电感L3、电容C13一端和电感L4、电容C14一端，并联电感L3、电容C13和电感L4、电容C14提供IC1直流工作电流和调整信号的平坦度等线性指标，电阻R11、电容C11和电阻R12、电容C2分别串联组成负反馈电路，电容C11一端和并联的电感L3、电容C13另一端电连接，电容C12一端和并联的电感L4、电容C14另一端电连接，电阻R11一端和IC1的放大A通道负反馈脚Afb电连接，电阻R12一端和IC1的放大B通道负反馈脚Bfb电连接，控制IC1的放大增益，稳定工作点，电容C11、C13和电感L3的连接节点电连接到变压器T3的5脚、电容C12、C14和电感L4的连接节点电连接到变压器T3的3脚，输出放大后的信号至第二阻抗匹配单元。

更进一步地，第二阻抗匹配单元由电容C18和电感L5以及变压器T3、T4组成，变压器T3的4脚电连接到直流供电节点Vdd，经变压器T3的5、3脚供给IC1工作电流，放大后的信号经变压器T3的5、3脚输入，从变压器T3的1、2脚电连接到变压器T4的1、2脚，从变压器T4的4脚输出，隔直电容C18一端电连接变压器T4的3脚，另一端接地，变压器T3、T4组成平衡-不平衡变压器，完成阻抗匹配、功率合成、平衡-不平衡转换，变压器T4的4脚电连接电感L5一端，电感L5另一端和电容C15一端电连接，电感L5用于调整平坦度。

更进一步地，供电单元由电阻R1、R2和滤波电容C1、C2、C3以及瞬态电压抑制器TVS1组成，电阻R1与电阻R2串联，用于缓冲、限流、降压，电容C1的一端和瞬态电压抑制器TVS1的一端与电阻R1在模块电源输入端电连接，电容C1的另一端和瞬态电压抑制器TVS1的另一端接地，瞬态电压抑制器TVS1用于静电和浪涌防护，电容C2与电容C3的一端与电阻R2在电源输出端直流供电节点Vdd电连接，电容C2与电容C3的另一端接地。

本实用新型采用GaN材料制作的放大器，其输出的失真度极低，满足了客户光工作站，小C以及大型光工作站以及光发射机的低失真度的要求。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例的方框图；

图2是本实用新型较佳实施例的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1和图2所示，一种GaN氮化镓功率倍增模块，采用GaN裸芯片和陶瓷基板结构，包括供电单元、输入端口保护单元、第一阻抗匹配单元、功率放大单元、第二阻抗匹配单元、输出端口保护单元，输入端口保护单元与第一阻抗匹配单元电连接，第一阻抗匹配单元与功率放大单元电连接，功率放大单元与第二阻抗匹配单元电连接，第二阻抗匹配单元与输出端口保护单元电连接；在输入级采用共源电路结构，在输出级采用共源共栅电路结构。采用级联电路的形式，输入级采用共源电路结构、输出级采用共源共栅电路结构，以达到提升带宽40MHz～1200MHz的目的。采用陶瓷PCB的方式，以达到良好的散热的目的。

第一阻抗匹配单元30、第二阻抗匹配单元50中分别设有平衡－不平衡变压器。采用表面贴装BALUN，阻抗匹配优秀，取得很好的CSO等失真指标。

在输入端口保护单元20和输出端口保护单元60中分别设有T型高通滤波电路，T型高通滤波电路和瞬态电压抑制器TVS一起形成对静电和浪涌的防护。本实施例中，电容C5、C6和电感L2以及电容C15、C16和电感L6组成的T型高通滤波电路，将静电和浪涌等低频段的干扰进行有效衰减，和瞬态电压抑制器TVS一起完成静电和浪涌防护工作。

功率放大单元40采用GaN氮化镓功率倍增放大芯片IC1，GaN氮化镓功率倍增放大芯片IC1采用推挽二级级联放大电路，平衡信号分别经过IC1的A、B放大通道进行对称放大。二级级联放大电路保证了输出功率达到三阶失真CTB指标要求，推挽放大电路保证了输出功率达到二阶失真CSO指标要求。

输入端口保护单元20由电容C5、C6、C7和电感L2以及瞬态电压抑制器TVS2组成，电容C5、电容C6、电容C7依次串联，电容C7的一端为信号输入端，来自模块信号输入脚，瞬态电压抑制器TVS2的一端与电容C6一端、电容C7另一端电连接，瞬态电压抑制器TVS2的另一端接地，瞬态电压抑制器TVS2用于静电和浪涌防护，电感L2一端与电容C5一端、电容C6另一端电连接，电感L2的另一端接地，电容C5的另一端与电感L1的一端电连接，电容C5、C6和电感L2组成的T型高通滤波电路，将静电和浪涌等低频段的干扰进行有效衰减，同瞬态电压抑制器TVS2配合，完成静电和浪涌防护。

输出端口保护单元60由电容C15、C16、C17和电感L6以及瞬态电压抑制器TVS3组成，电容C15、电容C16、电容C17依次串联，电容C15的一端与电感L5另一端电连接，电容C15另一端与电容C16一端、电感L6一端电连接，电感L6的另一端接地，电容C16另一端和瞬态电压抑制器TVS3一端、电容C17一端电连接，瞬态电压抑制器TVS3的另一端接地，瞬态电压抑制器TVS3用于静电和浪涌防护，电容C17的另一端为信号输出端，电连接到模块信号输出脚，电容C15、C16和电感L6组成的T型高通滤波电路，将静电和浪涌等低频段的干扰进行有效衰减，同瞬态电压抑制器TVS3配合，完成静电和浪涌防护。

第一阻抗匹配单元30由电感L1和电容C4和变压器T1、T2组成，电感L1另一端与变压器T1的2脚电连接，电感L1用于调整平坦度，隔直电容C4一端与变压器T1的1脚电连接，另一端接地，变压器T1的3、4脚分别电连接到变压器T2的3、2脚，变压器T2的1、4脚接地，变压器T1、T2组成不平衡-平衡变压器，完成阻抗匹配、功率分配、不平衡-平衡转换，平衡输出两路信号分别电连接到电阻R3、R4、R5的一端。

功率放大单元40由电阻R3～R12和电容C8～C14和电感L3、L4以及功放芯片IC1组成，电阻R3一端与电阻R4一端以及变压器T1的3脚和T2的3脚电连接，电阻R3另一端与电阻R5一端以及变压器T1的4脚和T2的2脚电连接，电阻R4另一端与隔直电容C9一端电连接，隔直电容C9另一端电连接到IC1的放大A通道输入级信号输入端Ain，电阻R5另一端与隔直电容C10一端电连接，隔直电容C10另一端电连接到IC1的放大B通道输入级信号输入端Bin，电阻R3、R4、R5调整改善输入信号的线性指标，直流偏置电阻R6、R8和R7、R9分别串联后的电阻R8和R9的另一端分别电连接到IC1的输入级放大偏置脚Abias1和Bbias1，给IC1的输入级放大电路提供偏置，串联后的电阻R6和R7的另一端电连接到直流供电节点Vdd，滤波电容C8一端电连接到直流供电节点Vdd，另一端接地，直流偏置电阻R10一端和IC1的电流调整脚Aset、Bset电连接，另一端接地，电阻R10用于调整IC1的工作电流，直流偏置电阻R13一端电连接到直流供电节点Vdd，另一端和IC1的输出级放大偏置脚Abias2和Bbias2以及直流偏置电阻R14一端电连接，直流偏置电阻R14另一端接地，输入信号经过IC1的功率放大后从IC1的Aout、Bout脚输出，分别电连接到并联的电感L3、电容C13一端和电感L4、电容C14一端，并联电感L3、电容C13和电感L4、电容C14提供IC1直流工作电流和调整信号的平坦度等线性指标，电阻R11、电容C11和电阻R12、电容C2分别串联组成负反馈电路，电容C11一端和并联的电感L3、电容C13另一端电连接，电容C12一端和并联的电感L4、电容C14另一端电连接，电阻R11一端和IC1的放大A通道负反馈脚Afb电连接，电阻R12一端和IC1的放大B通道负反馈脚Bfb电连接，控制IC1的放大增益，稳定工作点，电容C11、C13和电感L3的连接节点电连接到变压器T3的5脚、电容C12、C14和电感L4的连接节点电连接到变压器T3的3脚，输出放大后的信号至第二阻抗匹配单元。

第二阻抗匹配单元50由电容C18和电感L5以及变压器T3、T4组成，变压器T3的4脚电连接到直流供电节点Vdd，经变压器T3的5、3脚供给IC1工作电流，放大后的信号经变压器T3的5、3脚输入，从变压器T3的1、2脚电连接到变压器T4的1、2脚，从变压器T4的4脚输出，隔直电容C18一端电连接变压器T4的3脚，另一端接地，变压器T3、T4组成平衡-不平衡变压器，完成阻抗匹配、功率合成、平衡-不平衡转换，变压器T4的4脚电连接电感L5一端，电感L5另一端和电容C15一端电连接，电感L5用于调整平坦度。

供电单元10由电阻R1、R2和滤波电容C1、C2、C3以及瞬态电压抑制器TVS1组成，电阻R1与电阻R2串联，用于缓冲、限流、降压，电容C1的一端和瞬态电压抑制器TVS1的一端与电阻R1在模块电源输入端电连接，电容C1的另一端和瞬态电压抑制器TVS1的另一端接地，瞬态电压抑制器TVS1用于静电和浪涌防护，电容C2与电容C3的一端与电阻R2在电源输出端直流供电节点Vdd电连接，电容C2与电容C3的另一端接地。

本实用新型的指标达到在112dBμV@99CH时，CTB/CSO＝-70/-60dB，增益达到25dB。本实用新型应用于传统干线放大器、DOCSIS3.1、光工作站、C-DOCSIS等功率放大输出场合。