行波放大器和信息收发设备的制作方法

本申请属于放大器技术领域，尤其涉及一种行波放大器和信息收发设备。

背景技术：

在传统的宽带放大器的技术中，行波放大器(traveling-waveamplifiers，twa)又称分布式放大器，是应用最广泛的一种宽带放大技术。行波放大器可以在很宽的频带内实现较大的平坦增益，广泛应用于高速通信、微波毫米波无线通信、宽带无线收发器、高分辨雷达和成像系统等领域。例如在高速光通信行业，在100/200/400-gbit/s的高速光通信系统中，非常高带宽的宽带放大器是必需的，所以采用了高电子迁移率晶体管(high-electronmobilitytransfer，hemt)的行波放大器经常被用来作为调制器的驱动器，这是因为这种器件有着非常宽的带宽结构，同时还有着非常高的击穿电压。

行波放大器是一种宽带放大电路，在行波放大器中，晶体管的输入和输出等效电容可以被等效于传输线中，形成lc(电感-电容)梯形网络。有源器件的输入/输出等效电容和片内螺旋电感分别构成放大器的栅线和漏线，栅线和漏线是不同特性阻抗的集总参数低通传输线，输入信号在栅线上传输并且以不同的相位加到有源器件的栅极，通过跨导在漏线得到放大的信号。当信号在每一级放大电路的栅线和漏线同相传输时，漏线上放大的信号同相叠加，从而实现宽带放大。

由于上述行波放大器的特性，如果在行波放大器的输入和输出端加入传统的esd(electro-staticdischarge，静电释放)保护电路，会严重降低行波放大器的带宽，所以传统的行波放大器的输入和输出端无法使用传统的esd保护电路进行esd保护，使得传统的行波放大器的静电耐压保护能力较差，可靠性不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种行波放大器和信息收发设备，旨在解决传统的行波放大器的静电耐压保护能力较差，可靠性不高的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种行波放大器，具有输入端口和输出端口，所述行波放大器电路包括：

输入传输线，其与所述输入端口连接，并且包括第一静电保护电路和串联的多个第一电感性元件，所述第一静电保护电路靠近所述输入端口侧；

输出传输线，其与所述输出端口连接，并且包括第二静电保护电路和串联的多个第二电感性元件，所述第二静电保护电路靠近所述输出端口侧；以及

连接在所述输入传输线和所述输出传输线之间的至少两个放大器；

其中，所述第一静电保护电路的等效至所述输入传输线的电容、电感分别和每个所述放大器等效至所述输入传输线的输入电容、电感相匹配，所述第二静电保护电路的等效至所述输出传输线的电容、电感分别和每个所述放大器等效至所述输出传输线的输出电容、电感相匹配。

在其中一个实施例中，所述第一静电保护电路等效至所述输入传输线的等效电容值、等效电感值分别和每个所述放大器等效至所述输入传输线的等效电容值、等效电感值一致。

在其中一个实施例中，所述第二静电保护电路等效至所述输出传输线的等效电容值、等效电感值分别和每个所述放大器等效至所述输出传输线的等效电容值、等效电感值一致。

在其中一个实施例中，每个所述放大器包括晶体管装置，所述晶体管装置的栅极连接到所述输入传输线，所述晶体管装置的漏极连接到所述输出传输线。

在其中一个实施例中，每个所述晶体管装置包括一个或多个级联连接在公共端、输入传输线和输出传输线之间晶体管。

在其中一个实施例中，所述输入传输线上相邻的第一电感性元件之间形成输入连接点，所述输出传输线上相邻的第二电感性元件之间形成输出连接点，所述第一静电保护电路连接在靠近所述输入端口侧的第一个输入连接点，所述第二静电保护电路连接在靠近所述输出端口侧的第一个输出连接点，各个所述放大设备依次连接在第一个输入连接点之外的所述输入连接点和第一个输出连接点之外所述输出连接点之间。

在其中一个实施例中，所述第一静电保护电路包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的负极接电源，正极接所述第一个所述输入连接点；所述第二二极管的负极接第一个所述输入连接点，正极接负电源或者接地。

在其中一个实施例中，所述第二静电保护电路包括第三二极管和第四二极管；所述第三二极管的负极接电源，正极接所述第一个所述输出连接点；所述第四二极管的负极接第一个所述输出连接点，正极接负电源或者接地。

在其中一个实施例中，还包括与所述输出传输线和公共端之间连接的多个匹配电容。

在其中一个实施例中，所述匹配电容的容值根据所述输入传输线的等效电容与所述输出传输线的等效电容的容值差值选择。

在其中一个实施例中，所述匹配电容的容值与所述输入传输线的等效电容与所述输出传输线的等效电容的容值差相等。

本申请实施例的第二方面提供了一种信息收发设备，包括以上所述的行波放大器。

上述的行波放大器的静电保护电路放入到输入和输出端的传输线，为了保证行波放大器的带宽，加入静电保护电路后，静电保护电路的元件作为行波放大器的一部分，被加入到输入传输线和输出传输线，静电保护电路可以根据放大器等效在输入/输出传输线的等效电容和等效电感选择参数，使其依然需要符合行波放大器的截止频率对应的带宽和特性阻抗，不影响输入传输线和输出传输线原有的电学特性，这样的话，静电保护电路也不会影响行波放大器的总带宽；另外，加入静电保护电路后可以使得行波放大器的承受静电放电电压范围提升数倍。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的行波放大器结构示意图(为了简洁说明行波放大器的原理，晶体管的偏置电路没有画出)；

图2(a)为图1所示的行波放大器中第一静电保护电路的示例电路原理图；

图2(b)为2(a)所示的第一静电保护电路的等效电容和等效电感示意图；

图3(a)为图1所示的行波放大器中第二静电保护电路的示例电路原理图；

图3(b)为3(a)所示的第二静电保护电路的等效电容和等效电感示意图；

图4为图1所示的行波放大器中输入传输线的等效电容的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

行波放大器中，每一个放大器都存在寄生电容，各个放大器输入端和输出端的寄生电容，以及传输线的寄生电容可以被等效于传输线中。各个放大器中的电感和传输线的寄生电感也被等效于传输线中，可见，输入传输线的电学特性由等效电容和等效电感来限定，输出传输线的电学特性也由等效电容和等效电感来限定。另外需要说明的是，行波放大器的传输线上的电感元件一般包括寄生电感和放大器等效到链路上的等效电感，当然也可以包括串接在链路上的分立电感器件。

请参阅图1，本申请实施例提供的行波放大器可用在信息收发设备，比如应用于高速通信、宽带无线收发器、高分辨雷达和成像系统等。本申请实施例提供的行波放大器10具有输入端口12和输出端口14，行波放大器10包括输入传输线16、输出传输线18及至少两个放大器19。

输入传输线16与输入端口12连接，并且包括第一静电保护电路162和串联的多个第一电感性元件164，第一静电保护电路162靠近输入端口12侧。

在一个实施例中，在任何一个放大器19之间的第一电感性元件164都具有电感l1，而第一个和最后一个第一电感性元件164具有l1/2的电感。而且，输入端口12被设置在输入传输线16的一个端点，输入传输线16的另一个端点通过电阻rg连接到公共端。

输出传输线18与输出端口14连接，并且包括第二静电保护电路182和串联的多个第二电感性元件184，第二静电保护电路182靠近输出端口14侧。其中，第一电感性元件164和第二电感性元件184，可以是集总电感，也可以是传输线等效电感，其选型取决于工作频段和环境。

在一个实施例中，在任何一放大器19之间的第二电感性元件184都具有电感l2，而第一个和最后一个第二电感性元件184具有l2/2的电感。输出端口14被设置在输出传输线18的输出端提供，输出传输线18的输入端通过电阻rd连接到公共端。

本例中，电阻rd和电阻rg阻值一致，分别与输入传输线16和输出传输线18的阻抗相匹配，防止沿传输线的反射，并且公共端通常是地，电感l1和电感l2一致。

放大器19连接在输入传输线16和输出传输线18之间。本例中，各个放大器19同向并联，输入信号在输入传输线16上传输并且以不同的相位加到放大器19的输入，通过跨导在输出传输线18得到放大的信号。当信号在每一级放大器19的输入和输出同相传输时，输出传输线18上放大的信号同相叠加，从而实现宽带放大。在其他实施方式中，各个放大器19也可以是反向并联。

在一个实施例中，放大器19包括晶体管装置，晶体管装置的栅极连接到输入传输线16，晶体管装置的漏极连接到输出传输线18。如此，输入传输线16即为栅极线，输出传输线18即为漏极线。每个晶体管装置19包括一个或多个级联在公共端和输出传输线18之间晶体管192。在该实例中，每个晶体管装置被示出为两个垂直级联的场效应晶体管192。其中一个场效应晶体管192的栅极连接到输入传输线16，另一个场效应晶体管192的漏极连接到输出传输线18。在其他实施例中，每个晶体管装置示对信号的放大需求，可以设置为一个场效应晶体管，也可以设置三个或者更多个级联的场效应晶体管。

请参阅图1、图2(a)、图2(b)、图3(a)和图3(b)，第一静电保护电路162的等效至输入传输线16的寄生电容cesd1根据每个放大器19等效至输入传输线16的电容选择以相匹配，第二静电保护电路182的等效至输出传输线18的寄生电容cesd2根据每个放大器19等效至输出传输线18的电容选择以相匹配。同时，第一静电保护电路162的等效至输入传输线16的电感(即其寄生电感)根据每个放大器19等效至输入传输线16的电感选择以相匹配，第二静电保护电路182等效至输出传输线18的电感(即其寄生电感)根据每个放大器19等效至输出传输线18的电感选择以相匹配。

每个放大器19具有输入(栅极-源极)电容cin和输出(源极-漏极)电容cout，而且在行波放大器10中，放大器19的输入电容cin和输出电容cout可以被等效于输入/输出传输线16、18中，即lc梯形网络。请参考图4，输入传输线16的等效电容c包括各个放大器19的等效至输入传输线16的输入电容cin和各个第一电感性元件链的寄生电容cl1；同样地，输出传输线18的等效电容包括各个放大器19等效至输出传输线18的输出电容cout和各个第二电感性元件链的寄生电容。本例中，第一电感性元件链输入传输线和第二电感性元件链的元件参数相同，因此其寄生电容也认为相同。要使得静电保护电路162、182不会影响行波放大器10的总带宽，那么两个静电保护电路162、182的等效寄生电容cesd1、cesd2和等效寄生电感值将分别根据传输线中放大器19的输入电容cin、输出电容cout和等效寄生电感值匹配。改进后的行波放大器10的特性阻抗和截止频率与没有静电保护电路162、182的标准行波放大器保持一致。同时，使得行波放大器10的承受静电放电电压范围提升数倍。在本例中，第一静电保护电路162的等效至输入传输线16的等效(寄生)电容cesd1的容值、等效(寄生)电感值分别和每个放大器19等效至输入传输线16的输入电容cin的容值、等效(寄生)电感值一致。第二静电保护电路182等效至输出传输线18的等效(寄生)电容cesd2的容值、等效(寄生)电感值分别和每个放大器19等效至输出传输线18的输出电容cout的容值、等效(寄生)电感值一致。

请参阅图1、图2(a)和图3(a)，输入传输线16上相邻的第一电感性元件164之间形成输入连接点，输出传输线18上相邻的第二电感性元件184之间形成输出连接点，第一静电保护电路162连接在靠近输入端口12侧的第一个输入连接点，即第一静电保护电路162通过一个(第一个)第一电感性元件164和输入端口12连接，第二静电保护电路182连接在靠近输出端口14侧的第一个输出连接点，即第二静电保护电路182通过一个(最后一个)第二电感性元件184和输出端口14连接，各个放大器19依次连接在第一个输入连接点之外的输入连接点和第一个输出连接点之外输出连接点之间。如此，使得每个输入连接点上的等效电容一致，每个输出连接点上的等效电容也一致，以使得输入传输线16和输出传输线18各个连接点的参数匹配一致，以不影响整体的带宽。

在其中一个实施例中，请参阅图2(a)和2(b)，第一静电保护电路162包括第一二极管d1和第二二极管d2；第一二极管d1的负极接电源vdd，正极接第一个输入连接点；第二二极管d2的负极接第一个输入连接点，正极接负电源vss或接地。其中，第一二极管d1和第二二极管d2的尺寸需要被严格挑选，使得第一二极管d1和第二二极管d2的总等效(寄生)电容cesd1和行波放大器10中各级放大器等效到输入传输线电容cin的容值保持一致；而第一二极管d1和第二二极管d2连接点两端等效到输入传输线16的电感分别为l1/2，这样右侧传输线与原有输入传输线串联后总的等效电感为l1。类似的，请参阅图3(a)和图3(b)，第二静电保护电路182包括第三二极管d3和第四二极管d4；第三二极管d3的负极接电源vdd，正极接第一个输出连接点；第四二极管d4的负极接第一个输出连接点，正极接负电源vss或接地。其中，第三二极管d3和第四二极管d4的尺寸需要被严格挑选，使得第三二极管d3和第四二极管d4的总等效(寄生)电容cesd2和行波放大器10中各级放大器19等效到输出传输线电容cout的容值保持一致；而第三二极管d3和第四二极管d4连接点两端等效到输出传输线18的电感均为l2/2，这样左侧传输线与原有输出传输线串联后总的等效电感为l2。根据施加于电路输入端的静电保护电路162、182的极性的正负，高压放电通过连接在正极或负极的二极管进入到正或负的电源回路。这样的话，静电保护电路162、182才不会影响行波放大器10的总带宽，不会因为加入静电保护电路162、182而明显降低。改进后的行波放大器的特性阻抗和截止频率与没有静电保护电路的标准行波放大器保持一致。

行波放大器10接入被放大信号时两个信号波通过传输线传播，这些信号被表示为对应于输出传输线18的“漏线波”和对应于输入传输线16的“栅线波”。为了正确的信号放大，这两个波必须具有相同的速度，其要求是，只有当输入电容cin＝输出电容cout以及l1＝l2时才能得到满足。而在典型的行波放大器中，输入电容cin与输出电容cout不同，典型地，输入电容cin高于输出电容cout。因此，典型的行波放大器中设定成阻抗匹配条件导致在两条传输线中的传播速度不匹配。具体来说，漏极波的速度大于栅极波的速度。

如此，本申请的另一个实施例中，请参阅图1，行波放大器10还包括与输出传输线18和公共端之间连接的多个匹配电容cd。利用该匹配电容cd匹配放大器19的输出电容cout，使得输入电容cin＝匹配电容cd+输出电容cout，使得“漏线波”和“栅线波”在两条传输线中的传播速度相匹配。由此可知，匹配电容cd的容值根据输入传输线16的等效电容与输出传输线18的等效电容的容值差值选择，具体是根据输入电容cin和输出电容cout的容值差值选择。具体地，匹配电容cd的容值与输入传输线16的等效电容与输出传输线18的等效电容的容值差相等，即匹配电容cd＝输入电容cin-输出电容cout。

为了证明本申请实施例提供的行波放大器10的技术效果，测试对比了未加入静电保护电路的行波放大器10电路芯片，和采用加入申请实施例提供的静电保护电路的行波放大器10电路芯片，两种芯片对于静电保护的保护能力。测试针对人体放电模式(human-bodymodel，hbm)，测试方法采用了标准ansi/esda/jedecjs-001-2014(电放电敏感度测试-人体模型)中描述的方法，未加入静电保护的行波放大器10电路芯片，测试结果为：芯片承受静电释放放电电压范围125v到小于250v，而采用本申请中的方法加入静电保护电路的行波放大器10电路芯片，芯片承受静电释放放电电压范围500v到小于1000v。测试结果证明，采用本申请中的方法加入静电保护电路的行波放大器10电路芯片，对于静电释放的保护能力得到了显著增强。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。