CN111897209B - 一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法，包括带隙基准构成的第一部分电路(100)、由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)、由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)、由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)、由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)、由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)、由控制混合基准电流大小的电流型数模转化器构成的第七部分电路(700)、由电流‑电流型放大器构成的第八部分电路(800)和由毫米波晶体管偏置模块构成的第九部分电路(900)。通过上述结构，本发明可以适用于CMOS工艺且具有毫米波芯片高低温增益自适应功能和高灵活度。

Description

一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法
技术领域
本发明涉及电子电路设计领域，特别是涉及一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法。
背景技术
近年来，5G通信技术迅速发展，对信道容量和数据传输速率提出很高的要求。由于6GHz以上的高频频段频谱资源丰富,大多数5G网络将部署在高频频段，或毫米波频段。同时，人们对于从5G毫米波片上***进行了大量科研和商业研究，这些努力促成了毫米波芯片技术的成熟。毫米波频段短波长的特性使得将一个或多个天线与收发机集成在一起成为了可能，由此能避免对昂贵的毫米波封装和静电放电保护装置的需求。同时，波束成形技术可以有效地提高链路性能，从而补偿片上天线所带来的辐射效应的不利影响。
偏置电路是毫米波芯片设计中关键的部分之一，它通过控制每个射频晶体管的直流工作点来实现相应的性能指标。为了实现面向毫米波通信和高性能雷达大规模商用，要求毫米波芯片具有更高的鲁棒性以及更好的高低温性能表现。而偏置电路便是实现这一目标的关键。现有的CMOS工艺不同于双极性晶体管，在不同的晶片之间以及不同的批次之间，MOSFETs参数变化很大，尽管数十年来技术在不断进步，CMOS电路参数，尤其是阈值电压，大的可变性依然存在；同时CMOS工艺中金属的损耗会随温度的升高明显变大，影响电路增益的高低温稳定性。这两点对偏置电路的设计提出了挑战。传统的毫米波芯片偏置产生电路主要有电压偏置和电流偏置两种。其中，电压偏置结构简单，功耗极小，但是由于芯片内寄生电阻以及工艺误差的影响，不同射频通道以及不同芯片之间的射频性能将出现很大的不一致性；电流偏置可以克服不一致性的问题，但是由于金属损耗随会随温度的变化而变化，射频性能，尤其是增益，与在常温下的表现相比，高低温情况下会出现巨大的偏差。因此，现有的毫米波芯片偏置电路结构，难以满足未来大规模的5G通信和高性能雷达商业应用对芯片鲁棒性和高低温性能的要求。
射频集成电路，尤其是毫米波集成电路，一般采用高电子迁移率晶体管(high-electron mobility transistor,HEMT)单片微波集成电路(monolithic-microwave-integrated-circuit)工艺，例如氮化镓(GaN)和砷化镓(GaAs)工艺，但它们相对昂贵；另外，它们与CMOS数字集成电路无法集成，导致采用这些工艺的移相器不能集成控制逻辑电路。在未来5G移动通信和汽车雷达等民用市场中，对小体积和低成本的要求更高。因此，面向毫米波芯片的大规模商业应用，需要关注在集成度、成本和鲁棒性等方面表现优异的硅器件的新型毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法，能够适用于CMOS工艺且具有高低温增益自适应功能和高灵活度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法，包括带隙基准构成的第一部分电路(100)，所述带隙基准构成的第一部分电路(100)的输出端分别连接由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)和由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输出端连接由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)，所述由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)的输出端连接由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)，所述由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)和由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)并联后连接由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)，所述由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)的输出端连接由控制混合基准电流大小的电流型数模转化器构成的第七部分电路(700)、由电流-电流型放大器构成的第八部分电路(800)和由毫米波晶体管偏置模块构成的第九部分电路(900)。
进一步的是，所述带隙基准构成的第一部分电路(100)同时提供零温度IZ1和正温度IP1两路基准电流。
进一步的是，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输入端连接第一部分电路(100)的零温度基准电流输出端IZ1，输出端为M个零温度基准电流输出端口IZ2.1——IZ2.M。
进一步的是，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输出电流端口数目M根据实际毫米波电路所需的温度系数数目而定。
进一步的是，所述第四部分电路(400)为电流型数模转化器，其输出端为零温度基准电流输出端口IZ4，输入端连接第二部分电路(200)的输出电流端口IZ2，1，控制字Z连接外部的数字控制信号。
进一步的是，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)和由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)的结构相同；和/或，所述由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)和由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)的结构相同。
进一步的是，所述第五部分电路(500)控制字P与所述的第四部分电路(400)控制字Z位数相同，且逐位异或的结果为全1序列。
进一步的是，所述的第六部分电路(600)为多输出电流镜，其输入端连接第四(400)、第五(500)部分电路输出电流IZ4和IP5的并联混合基准电流IT5，输出电流数目N根据实际芯片的通道数目而定。
进一步的是，所述第七部分电路(700)为电流型数模转化器，其输出端为混合基准电流输出端口IT7，输入端连接第六部分电路(600)的输出电流端口IT6.1，控制字T连接外部的数字控制信号。
进一步的是，所述的第八部分电路(800)为电流-电流型放大器，输入端连接第七部分电路(700)的输出电流端IT7，其输出端为混合偏置电流输出端口IT8。
进一步的是，所述的第九部分电路(900)由第一N型晶体管(901)、第二N型晶体管(904)、第一电容(902)和第一电阻(903)组成，所述的第一N型晶体管(901)栅极与漏极相连，源极接地，所述的第一电容(902)上极板与第一N型晶体管(901)的栅极相连，下极板接地，所述的第一电阻(903)跨接在第一N型晶体管(901)和第二N型晶体管(904)的栅极两端，第二N型晶体管(904)为毫米波放大器，其源极接地，栅极为毫米波信号的输入端口，漏极为毫米波信号的输出端口。
一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法，其特征在于，电路工作原理包括以下步骤：包括稳定工作阶段和温度系数调整阶段，其步骤包括：
1)、芯片上电，设置混合基准电流IT#的温度系数为默认值；
2)、判断此时温度是否升高；
3)、判断总增益情况；
4)、判断降低或提高混合基准电流温度系数；
5)、跳回步骤2)自动稳定增益。
进一步的是，当步骤2)当芯片工作温度上升时，芯片内金属损耗会上升，导致毫米波芯片总体增益下降，同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动变大；由于混合基准电流变大，射频晶体管的本征增益上升，提高芯片总体增益；当步骤2)当芯片工作温度下降时，芯片内金属损耗会减小，导致毫米波芯片总体增益上升，同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动减小；由于混合基准电流变小，射频晶体管的本征增益下降，降低芯片总体增益。
进一步的是，步骤3)判断此时芯片总增益较常温时的大小；
31)若此时芯片总增益较常温(25℃)保持不变，则跳回步骤2)自动稳定增益，芯片进入稳定工作状态；
32)若此时芯片总增益较常温(25℃)发生变化，则判断总增益是否变大。
进一步的是，步骤32)若此时芯片总增益较常温(25℃)增大且温度升高，则手动降低混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小且温度升高，则手动提高混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)增大且温度降低，则手动提高混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小且温度降低，则手动降低混合基准电流的温度系数。
本发明的有益效果是：本发明的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法，能够将零温度和正温度基准电流以不同比例并联产生不同温度系数的混合基准电流满足不同毫米波电路模块的高低温增益特性，保证不同温度条件下芯片的增益特性的一致性；同时用基准电流代替基准电压进行偏置保证了良好的鲁棒性。本发明可以实现相较于常温(25℃)下，温度系数为0.04％/℃—0.36％/℃的混合基准电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法示意图；
图2是本发明一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法结构示意图；
图3是本发明一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法的第四部分电路4比特的电流型数模转化器示意图；
图4是本发明一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法的第四部分电路4比特的电流型数模转化器示意图；
图5是本发明一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法的第一部分电路带隙基准的零温度和正温度基准电流随温度变化的示意图；
图6为本发明一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法的的工作原理流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
以及，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1至图4，本发明实施例包括：一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法，包括带隙基准构成的第一部分电路(100)，所述带隙基准构成的第一部分电路(100)的输出端分别连接由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)和由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输出端连接由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)，所述由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)的输出端连接由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)，所述由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)和由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)并联后连接由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)，所述由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)的输出端连接由控制混合基准电流大小的电流型数模转化器构成的第七部分电路(700)、由电流-电流型放大器构成的第八部分电路(800)和由毫米波晶体管偏置模块构成的第九部分电路(900)。
进一步的是，所述带隙基准构成的第一部分电路(100)同时提供零温度IZ1和正温度IP1两路基准电流。
进一步的是，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输入端连接第一部分电路(100)的零温度基准电流输出端IZ1，输出端为M个零温度基准电流输出端口IZ2.1——IZ2.M。
进一步的是，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输出电流端口数目M根据实际毫米波电路所需的温度系数数目而定，可为任意正整数。
进一步的是，所述第四部分电路(400)为电流型数模转化器，其输出端为零温度基准电流输出端口IZ4，输入端连接第二部分电路(200)的输出电流端口IZ2，1，控制字Z连接外部的数字控制信号。
进一步的是，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)和由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)的结构相同；和/或，所述由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)和由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)的结构相同。
进一步的是，所述第五部分电路(500)控制字P与所述的第四部分电路(400)控制字Z位数相同，且逐位异或的结果为全1序列。
进一步的是，所述的第六部分电路(600)为多输出电流镜，其输入端连接第四(400)、第五(500)部分电路输出电流IZ4和IP5的并联混合基准电流IT5，输出电流数目N根据实际芯片的通道数目而定，可为任意正整数。
进一步的是，所述第七部分电路(700)为电流型数模转化器，其输出端为混合基准电流输出端口IT7，输入端连接第六部分电路(600)的输出电流端口IT6.1，控制字T连接外部的数字控制信号。
进一步的是，所述的第八部分电路(800)为电流-电流型放大器，输入端连接第七部分电路(700)的输出电流端IT7，其输出端为混合偏置电流输出端口IT8。
进一步的是，所述的第九部分电路(900)由第一N型晶体管(901)、第二N型晶体管(904)、第一电容(902)和第一电阻(903)组成，所述的第一N型晶体管(901)栅极与漏极相连，源极接地，所述的第一电容(902)上极板与第一N型晶体管(901)的栅极相连，下极板接地，所述的第一电阻(903)跨接在第一N型晶体管(901)和第二N型晶体管(904)的栅极两端，第二N型晶体管(904)为毫米波放大器，其源极接地，栅极为毫米波信号的输入端口，漏极为毫米波信号的输出端口。
如图5所示，一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法，电路工作原理包括以下步骤：包括稳定工作阶段和温度系数调整阶段，其步骤包括：
1)、芯片上电，设置混合基准电流IT#的温度系数为默认值；
2)、判断此时温度是否升高；
3)、判断总增益情况；
4)、判断降低或提高混合基准电流温度系数；
5)、跳回步骤2)自动稳定增益。
进一步的是，当步骤2)当芯片工作温度上升时，芯片内金属损耗会上升，导致毫米波芯片总体增益下降，同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动变大；由于混合基准电流变大，射频晶体管的本征增益上升，提高芯片总体增益；当步骤2)当芯片工作温度下降时，芯片内金属损耗会减小，导致毫米波芯片总体增益上升，同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动减小；由于混合基准电流变小，射频晶体管的本征增益下降，降低芯片总体增益。
进一步的是，步骤3)判断此时芯片总增益较常温时的大小；
31)若此时芯片总增益较常温(25℃)保持不变，则跳回步骤2)自动稳定增益，芯片进入稳定工作状态；
32)若此时芯片总增益较常温(25℃)发生变化，则判断总增益是否变大。
进一步的是，步骤32)若此时芯片总增益较常温(25℃)增大且温度升高，则手动降低混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小且温度升高，则手动提高混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)增大且温度降低，则手动提高混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小且温度降低，则手动降低混合基准电流的温度系数。
实施例1
如图1、图2所示，一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，包括带隙基准构成的第一部分电路(100)，所述带隙基准构成的第一部分电路(100)的输出端分别连接由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)和由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输出端连接由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)，所述由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)的输出端连接由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)，所述由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)和由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)并联后连接由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)，所述由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)的输出端连接由控制混合基准电流大小的电流型数模转化器构成的第七部分电路(700)、由电流-电流型放大器构成的第八部分电路(800)和由毫米波晶体管偏置模块构成的第九部分电路(900)。
本发明中的带隙基准100采用传统的CMOS“带隙”技术设计完成，可以输出零温度和正温度两路基准电流，用于之后产生不同温度系数的混合基准电流。本发明中的零温度基准电流为IZ1＝5uA，正温度基准电流为IP＝5uA+(T–25℃)×1.8nA/℃，两路基准电流在常温(25℃)下的大小相同均为5uA。需要说明的是，基准电流在常温下的大小和温度系数可根据实际自行设计决定。
如图2所示，本发明中的第二部分电路200和第三部分电路300为分别复制零温度和正温度两路基准电流的多输出电流镜，各由四个N型晶体管211、212、213、214和6个P型晶体管221、222、223、224、225、226组成。211、212、213、214构成共源共栅结构的1：1的N型电流镜210；221、222、223、224、225、226构成共源共栅结构的1：1的P型多输出电流镜220。其中，共源晶体管211、212、221、222、223器件尺寸较大，以达到良好的匹配效果与电流一致性；共栅晶体管213、214、224、225、226器件尺寸较小，以节约芯片面积。共源共栅的结构可以有效抑制沟道长度调制效应，同时自偏置的方式无需引入额外的偏置电路。多输出的特性可以产生多种温度系数的参考电流，满足不同电路所具有的不同温度特性，输出电流IZ2.1＝IZ2.M＝IZ1。需要说明的是，第二部分电路200和第三部分电路300的输出电流端口数目需保持相同，且端口数目M根据实际毫米波电路所需的温度系数数目而定。
如图3所示，本发明中的第四部分电路400和第五部分电路500为4比特的电流型数模转换器，分别调整零温度和正温度两路基准电流的比例大小。电路由三个N型晶体管401、402、403和4个比特的并联晶体管阵列组成，单位阵列单元由三个N型晶体管404、405、406和两个反相器407、408组成。比特0晶体管阵列为1个单位晶体管阵列，比特1、比特2、比特3晶体管阵列分别为2个、4个、8个单位晶体管阵列的并联。N型晶体管401、402、403和404、405、406均采用共源共栅的结构，其中N型晶体管401、402、403分别为15个N型晶体管404、405、406的并联。N型晶体管401和404为开关管，其栅长为相应工艺的最小栅长，栅宽较大，以实现较小的导通电阻和较快的开启速度。两个串联连接的反相器作为数字控制字Z的缓冲器，连接在N型晶体管404的栅极，减小数字信号由于寄生导致的上升下降时间。输出电流IZ4＝IZ1×(控制字Z)D/15。
如图3所示，本发明中的第五部分电路500的输出电流IP5＝IP1×(控制字P)D/15，控制字P⊕控制字Z＝1111。第四部分电路400和第五部分电路500输出电流的并联为混合基准电流IT5＝IZ4+IP5，对于不同温度系数，其在常温(25℃)下的大小不变，保证了不同温度系数下毫米波电路的性能一致性。举例来说，控制字P为1111、控制字Z为0000时，混合基准电流IT5随温度变大而变大的斜率最大；控制字P为0000、控制字Z为1111时，混合基准电流IT5随温度变大而变大的斜率最小，为0。
如图2所示，本发明中的第六部分电路600与第二部分电路200的P型多输出电流镜220结构相同，输入端连接第四400、第五500部分电路输出电流IZ4和IP5的并联混合基准电流IT5，输出电流IT6.1＝IT6.N＝IT5。
需要说明的是，输出电流数目N可以根据实际芯片的通道数目而定，为不同通道中同一毫米波模块提供独立的混合基准电流。
如图4所示，本发明中的第七部分电路700为一6比特的电流型数模转换器，其结构与第四部分电路400相似，由三个N型晶体管701、702、703和6个比特的并联晶体管阵列组成，单位阵列单元与第四部分电路400的单位阵列单元相同，由三个N型晶体管704、705、706和两个反相器707、708组成。其中，所述的比特0、1、2、3晶体管阵列与第四部分电路400的比特0、1、2、3晶体管阵列相同，比特4、比特5晶体管阵列分别为16个、32个单位晶体管阵列的并联。N型晶体管701、702、703分别为16个N型晶体管704、705、706的并联。输出电流IT7＝IT6×(控制字T)D/16，用于独立控制射频模块的混合基准电流的大小，修正理论偏差。
如图2所示，本发明中的第八部分电路800为一P型电流镜，结构与本发明的第六部分电路600相似，为共源共栅结构，由四个P型晶体管801、802、803、804组成。P型晶体管801、803分别为若干个相同数目P型晶体管802、804的并联。输出的射频晶体管的偏置电流IT8为输入的混合基准电流IT7的若干倍。混合基准电流的放大产生了更大的偏置电流，从而产生了更高的偏置电压VG以满足射频电路对高增益的需求。
如图2所示，本发明中的第九部分电路900为射频电路的偏置模块，由两个N型晶体管901、904、一个电容902和一个电阻903组成。N型晶体管901采用二极管的连接方式产生自偏置电压；电容902和电阻903形成了一个R-C低通滤波器有效的隔离了毫米波信号，同时稳定了直流工作点。N型晶体管904为射频晶体管，毫米波信号从其栅极输入，漏极输出。
需要说明的是，本发明中的电流镜的结构也可以采用共源的方式或者电压节约型的连接方式；电流型数模转化器也可以采用P型晶体管构成，相应的前后及电流镜结构需改为N型电流镜。
图5为本发明第一部分电路带隙基准100的正温度IP1和零温度IZ1基准电流随温度变化的示意图。两路基准电流在25℃下的大小均为5uA，，零温度基准电流IZ1为最小温度系数的混合基准电流，正温度基准电流IP1为最大温度系数的混合基准电流。
图6为本发明一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法的工作原理流程如下：
1.芯片上电后设置混合基准电流IT#的温度系数为默认值；
2.若芯片工作温度上升，芯片内金属损耗会上升，导致毫米波芯片总体增益下降，同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动变大，射频晶体管的本征增益上升，提高芯片总体增益；若工作温度降低，芯片内金属损耗会减小，导致毫米波芯片总体增益上升，若芯片总增益较常温(25℃)保持不变，则芯片的温度系数设置正确，增益可自适应温度变化，芯片进入稳定工作状态；同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动减小，射频晶体管的本征增益下降，降低芯片总体增益，则芯片的温度系数设置正确，增益可自适应温度变化，芯片进入稳定工作状态；
3.在调整温度系数阶段，高温状态时，若此时芯片总增益较常温(25℃)增大，则手动降低混合基准电流的温度系数，从而降低晶体管本征增益对总增益的补偿程度；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小，则手动提高混合基准电流的温度系数，提高晶体管本征增益对总增益的补偿程度；低温状态时，若此时芯片总增益较常温(25℃)增大，则手动提高混合基准电流的温度系数，从而降低晶体管本征增益对总增益的补偿程度；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小，则手动降低混合基准电流的温度系数，提高晶体管本征增益对总增益的补偿程度。
本发明的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构及方法，能够将零温度和正温度基准电流以不同比例并联产生不同温度系数的混合基准电流满足不同毫米波电路模块的高低温增益特性，保证不同温度条件下芯片的增益特性的一致性；同时用基准电流代替基准电压进行偏置保证了良好的鲁棒性。本发明可以实现相较于常温(25℃)下，温度系数为0.04％/℃—0.36％/℃的混合基准电流。
此外，需要说明的是，在本说明书中，“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (15)

1.一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于，包括带隙基准构成的第一部分电路(100)，所述带隙基准构成的第一部分电路(100)的输出端分别连接由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)和由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)，所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输出端连接由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)，所述由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)的输出端连接由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)，所述由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)和由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)并联后连接由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)，所述由多输出电流镜构成的第六部分电路(600)的输出端连接由控制混合基准电流大小的电流型数模转化器构成的第七部分电路(700)、由电流-电流型放大器构成的第八部分电路(800)和由毫米波晶体管偏置模块构成的第九部分电路(900)。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述带隙基准构成的第一部分电路(100)同时提供零温度IZ1和正温度IP1两路基准电流。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输入端连接第一部分电路(100)的零温度基准电流输出端IZ1，输出端为M个零温度基准电流输出端口IZ2.1——IZ2.M。
4.根据权利要求3所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)的输出电流端口数目M根据实际毫米波电路所需的温度系数数目而定。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述第四部分(400)为电流型数模转化器，其输出端为零温度基准电流输出端口IZ4，输入端连接第二部分电路(200)的输出电流端口IZ2.1，控制字Z连接外部的数字控制信号。
6.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述由复制零温度基准电流的多输出电流镜构成的第二部分电路(200)和由复制正温度基准电流的多输出电流镜构成的第三部分电路(300)的结构相同；和/或，所述由调整零温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第四部分(400)和由调整正温度基准电流比例的电流型数模转化器构成的第五部分电路(500)的结构相同。
7.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述第五部分电路(500)控制字P与所述的第四部分(400)控制字Z位数相同，且逐位异或的结果为全1序列。
8.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述的第六部分电路(600)为多输出电流镜，其输入端连接第四(400)、第五(500)部分电路输出电流IZ4和IP5的并联混合基准电流IT5，输出电流数目N根据实际芯片的通道数目而定。
9.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述第七部分电路(700)为电流型数模转化器，其输出端为混合基准电流输出端口IT7，输入端连接第六部分电路(600)的输出电流端口IT6.1，控制字T连接外部的数字控制信号。
10.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述的第八部分电路(800)为电流-电流型放大器，输入端连接第七部分电路(700)的输出电流端IT7，其输出端为混合偏置电流输出端口IT8。
11.根据权利要求1所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置结构，其特征在于：所述的第九部分电路(900)由第一N型晶体管(901)、第二N型晶体管(904)、第一电容(902)和第一电阻(903)组成，所述的第一N型晶体管(901)栅极与漏极相连，源极接地，所述的第一电容(902)上极板与第一N型晶体管(901)的栅极相连，下极板接地，所述的第一电阻(903)跨接在第一N型晶体管(901) 和第二N型晶体管(904)的栅极两端，第二N型晶体管(904)为毫米波放大器，其源极接地，栅极为毫米波信号的输入端口，漏极为毫米波信号的输出端口。
12.一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法，其特征在于：电路工作方法包括以下步骤：包括稳定工作阶段和温度系数调整阶段，其步骤包括：
1)、芯片上电，设置混合基准电流IT#的温度系数为默认值；
2)、判断此时温度是否升高；
3)、判断总增益情况；
4)、判断降低或提高混合基准电流温度系数；
5)、跳回步骤2)自动稳定增益。
13.根据权利要求12所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法，其特征在于：当步骤2)的判断结果为芯片工作温度上升时，芯片内金属损耗会上升，导致毫米波芯片总体增益下降，同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动变大；由于混合基准电流变大，射频晶体管的本征增益上升，提高芯片总体增益；当步骤2)的判断结果为芯片工作温度下降时，芯片内金属损耗会减小，导致毫米波芯片总体增益上升，同时，混合基准电流为按照设定温度系数自动减小；由于混合基准电流变小，射频晶体管的本征增益下降，降低芯片总体增益。
14.根据权利要求12所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法，其特征在于：步骤3)判断此时芯片总增益较常温时的大小；
31)若此时芯片总增益较常温(25℃)保持不变，则跳回步骤2)自动稳定增益，芯片进入稳定工作状态；
32)若此时芯片总增益较常温(25℃)发生变化，则判断总增益是否变大。
15.根据权利要求13所述的一种毫米波芯片增益高低温自适应偏置方法，其特征在于：步骤32)若此时芯片总增益较常温(25℃)增大且温度升高，则手动降低混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小且温度升高，则手动提高混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)增大且温度降低，则手动提高混合基准电流的温度系数；若此时芯片总增益较常温(25℃)减小且温度降低，则手动降低混合基准电流的温度系数。
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