SiGe BiCMOS低噪声放大器激光单粒子效应研究

随着CMOS工艺的日益成熟和SiGe外延技术水平的不断提高,SiGe BiCMOS低噪声放大器(LNA)广泛应用于空间射频收发系统的第一级模块.SiGe HBT作为SiGe BiCMOS LNA的核心器件,天然具有优异的低温特性、抗总剂量效应和抗位移损伤效应的能力,然而,其瞬态电荷收集引起的空间单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题.本文基于SiGe BiCMOS工艺低噪声放大器开展了单粒子效应激光微束实验,并定位了激光单粒子效应敏感区域.实验结果表明,SiGe HBT瞬态电荷收集是引起SiGe BiCMOS LNA单粒子效应的主要原因.TCAD模拟表明,离子在CMOS区域入射时,电离径迹会越过深沟槽隔离结构,进入SiGe HBT区域产生电子空穴对并引起瞬态电荷收集.ADS电路模拟分析表明,单粒子脉冲瞬态电压在越过第1级与第2级之间的电容时,瞬态电压峰值骤降,这表明电容在传递单粒子效应产生的瞬态脉冲过程中起着重要作用.本文实验和模拟工作为SiGe BiCMOS LNA单粒子效应抗辐射设计加固提供了技术支持.

S波段GaAs超低噪声限幅低噪声放大器芯片的研制

本文将限幅器嵌入到了低噪声放大器的输入级匹配电路,使得整体限幅放大电路的噪声系数为低噪声放大器的最小噪声系数而不需再加上限幅器的损耗,从而有效降低了整体限幅低噪声放大器的噪声系数。在此基础上,设计并实现了一款S波段限幅低噪声放大器芯片,实现了超低噪声与高耐功率的性能。测试结果表明,该款芯片在目前相近频段所有限幅低噪声放大器产品中噪声系数最小。在2.7 GHz~3.5 GHz工作频带内,实测噪声系数NF≤0.85 dB,增益≥29 dB,带内增益平坦度≤±0.3 dB,静态工作电流≤25 mA,1 dB压缩点输出功率≥8 dBm。在耐功率50 W(250μs脉宽、25%占空比)下试验30 min后不烧毁,恢复到常温时,噪声几乎无变化。芯片尺寸为3450μm×1600μm×100μm。

近红外激光雷达低噪声光电二极管探测方法

光电二极管探测方法由于受暗电流、热噪声等因素的影响,其噪声水平较高,导致信噪比较低,为此研究近红外激光雷达低噪声光电二极管探测方法。深入分析光电二极管的频率响应特性,了解其响应速度、带宽以及噪声特性是优化探测性能的关键。设计合理的探测阵列编码策略,确定探测阵列的排布方式,确保信号完整性和提高空间分辨率。在光电二极管探测接收过程中,关注其灵敏度、动态范围以及暗电流性能等参数以确保实现探测。试验结果表明,近红外激光雷达低噪声光电二极管探测方法的探测信噪比为8,检测灵敏度较好。

X波段GaAs MMIC低噪声放大器设计研究

文章针对雷达和卫星通信等微波系统需求,设计一种X波段GaAs单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)低噪声放大器。该电路为两级放大器级联结构,采用自偏置电路结构,实现单电源3.5 V供电。通过电感峰化和宽带匹配等技术实现X波段的工作频率全覆盖,并实现较低的噪声系数。测试结果表明,在8~12 GHz频率范围内,低噪声放大器功率增益大于23 dB,噪声系数小于1.7 dB,输出1 dB压缩点功率大于13 dBm。

低噪声水声信号前置放大器设计

水下信息的发送与接收主要通过声信号的传播,水听器作为常用的水声信号接收装置,需要前置放大器来提高所获取信号的质量。文中选用AD8421仪表放大器芯片与OP2177精密运算放大器芯片设计了一种低噪声水声信号前置放大器,该电路增益为26 dB,工作带宽为100 Hz~20 kHz,输出信号为差分形式,同时具有小体积、低功耗的特点。通过连接某型压电水听器,测试了电路工作性能以及对水听器信号的调理效果。实测结果表明,该前置放大器能满足设计技术指标要求,在实际工作中取得了良好的效果。

高光谱应用的带可调复位时间CDS的低噪声红外焦平面读出电路

低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路(ROIC)提出了低噪声的设计要求。相关双采样(CDS)是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS,可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15μm像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS(AICDS),所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔,噪声电子数可以由39 e^(-)减少到18.3 e^(-)。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能,因此可以广泛应用。

具有低噪声及高线性度的高性能MOCVD-SiN_(x)/AlN/GaN毫米波MIS-HEMTs

文章在超薄势垒AlN/GaN异质结构上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)原位生长SiN_(x)栅介质,成功制备了高性能的SiN_(x)/AlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)。深能级瞬态谱(DLTS)技术测试SiN_(x)/AlN的界面信息,显示其缺陷能级深度为0.236 eV,俘获截面为3.06×10^(-19)cm^(-2),提取的界面态密度为10^(10)~10^(12)cm^(-2)eV^(-1),表明MOCVD原位生长的SiN_(x)可以有效降低界面态。同时器件表现出优越的直流、小信号和噪声性能。栅长为0.15μm的器件在2 V的栅极电压(Vgs)下具有2.2 A/mm的最大饱和输出电流,峰值跨导为506 mS/mm,最大电流截止频率(fT)和最大功率截止频率(fMAX)分别达到了65 GHz和123 GHz,40 GHz下的最小噪声系数(NFmin)为1.07 dB,增益为9.93 dB。Vds=6 V时对器件进行双音测试,器件的三阶交调输出功率(OIP3)为32.6 dBm,OIP3/Pdc达到11.2 dB。得益于高质量的SiN_(x)/AlN界面,SiN_(x)/AlN/GaN MISHEMT显示出了卓越的低噪声及高线性度,在毫米波领域具有一定的应用潜力。

基于101.6 mm晶圆35 nm InP HEMT工艺的340 GHz低噪声放大器芯片研制

实现了在101.6 mm InP晶圆上制备35 nm的增强型InP高电子迁移率晶体管。通过InAs复合沟道外延结构设计,使得室温二维电子气迁移率面密度乘积达到4.2×10^(16)/(V·s)。采用了铂钛铂金埋栅工艺技术,典型器件最大跨导达到2900 mS/mm,电流增益截止频率达到460 GHz,最高振荡频率为720 GHz。同时研制出340 GHz低噪声放大器芯片,在310~350 GHz内小信号增益22~27 dB,噪声系数在8 dB以下。建立了340 GHz InP低噪声放大器芯片技术平台,为太赫兹低噪声单片微波集成电路的发展奠定基础。

MEMS陀螺仪高精度低噪声检测电路设计

为满足电容式MEMS陀螺仪低噪声,高精度的检测需求,设计了一款基于开关电容结构的全差分检测电路,主要包括电容检测和数字量化处理两部分。电容检测电路采用离散时间电容电压(C/V)转换方案,提出将高频载波调制和相关双采样技术相结合的方式,有效降低了低频噪声的干扰。量化电路采用一款4阶4 bit单环前馈结构的带通ΔΣ调制器,输入信号前馈通路的引入提高了系统的稳定性,内部多位量化器有效提高了信噪比。系统在保持低功耗的同时实现了高精度输出。基于0.18μm BCD工艺,在5 V电源电压下,对整体电路进行仿真验证。仿真结果表明,检测电路灵敏度可以实现10 m V/f F,在谐振频率5 k Hz处,等效输入电容噪声为■。最终在100 Hz带宽范围内,读出信号量化精度可以达到15 bits。与传统的MEMS陀螺仪检测电路相比,该电路具有更低的噪声和更高的量化精度,能够满足高精度检测应用需求。

基于Ti3C2Tx-PVA被动调Q的低噪声556 nm腔内倍频黄绿光激光器

采用液相剥离法获得厚度约为3.2 nm、层数约为3至4层的碳化钛纳米片(Ti_(3)C_(2)T_(x)),结合旋涂法制备出Ti_(3)C_(2)T_(x)-聚乙烯醇(Ti_(3)C_(2)T_(x)-PVA)薄膜,并借助拉曼光谱、原子力显微镜和平衡双探测系统对Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片的物相组成、厚度及可饱和吸收性能进行了表征。将Ti_(3)C_(2)T_(x)-PVA薄膜作为可饱和吸收体应用于一种808 nm半导体激光二极管端面泵浦Nd∶YAG陶瓷/LBO腔内倍频的556 nm黄绿激光器中实现被动调Q。在分析布儒斯特偏振器和双折射晶体协同选频滤波机理的基础上,通过两者的协同使用,抑制了1116 nm和1123 nm处光谱腔内振荡并进一步压缩了1112 nm处p-偏振光的纵模个数。在5.1 W最高激光二极管泵浦功率下,获得了平均输出功率为86.2 mW、重复频率为745.8 kHz、脉冲宽度为46 ns的556 nm被动调Q脉冲黄绿激光输出。4 h内测得功率不稳定度和激光噪声仅为±0.39%和0.37%,光束质量评价因子为M2x=1.837和M^(2)^(y)=1.975。Ti_(3)C_(2)T_(x)-PVA薄膜被动调Q结合“布儒斯特偏振器+双折射晶体”协同选频滤波技术方案为开发高稳定性、低噪声脉冲黄绿激光提供有价值的参考。

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

一种基于有源滤波电路的高PSRR低噪声LDO电路设计

为了减少低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)电路中的噪声以及输入电压携带的纹波对输出电压精度所带来的影响,提出了一种基于有源滤波思想的优化LDO噪声和电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)的电路设计技术,在不考虑功耗以及压差的条件下,采用多级稳压设计以大幅提升LDO的电源抑制比。通过前级LDO电路对输入电压进行稳压,形成二次电源后对后续电路进行供电,同时在后级LDO的基准端加入一级额外的稳压电路进行稳压,并通过低功耗RC滤波器和跨导放大器以减少环路噪声。此外,电路还加入了低噪声前馈电路以及快速启动电路提高LDO的响应速度。基于0.18μm BCD工艺,在5 V输入3.3 V输出,负载电流为10 mA的仿真验证下,测得整体电路在1 kHz时PSRR达到−110 dB,同时在10~100 kHz下其噪声仅为5.3μVrms。同时,通过改变基准端负载电容以及负载电流对LDO的PSRR以及噪声进行仿真,其结果均满足设计需求,有效提高了LDO输出电压的精度。

一种用于低噪声LDO的动态零点补偿技术

为提高低压差线性稳压器(Low-DropOut Linear Regulator,LDO)的稳定性并降低前馈电路所产生的噪声,提出了一种生成自适应补偿零点的低噪声前馈电路。该前馈电路通过镜像调整管的负载电流,通过低值反馈电阻形成高增益反馈信号,与LDO输出电压经反馈网络传递给反馈端的信号耦合形成由负载电容、负载电流控制的可控零点,可有效提高LDO电路整体的稳定性。此外,电路内部加入了产生动态极点的自适应电流补偿电路以保证次极点不会对环路的相位裕度产生影响。基于0.18μm BCD工艺设计,该电路在0~800 mA的宽负载范围、5 V输入3.3 V输出下相位裕度均高于48°,适用负载电容范围≥1μF,同时该LDO在10~100 kHz的频率范围内输出噪声仅为5.0617μVrms。

0.6~18.0 GHz超宽带低噪声放大器MMIC

基于0.15μm GaAs E-pHEMT工艺设计并制备了一款0.6~18.0 GHz的低噪声放大器单片微波集成电路。该放大器使用一级共源共栅结构,通过负反馈实现宽带的匹配设计。同时在共栅晶体管栅极增加到地电容,共源管和共栅管漏极增加峰化电感,以提高高频增益,扩展带宽,改善噪声。常温在片测试结果表明,在3.3 V单电源供电下,0.6~18.0 GHz频带内该款低噪声放大器噪声系数典型值1.5 dB,小信号增益约15 dB,增益平坦度小于±0.9 dB,输入、输出电压驻波比典型值分别为1.7和1.8,1 dB压缩点输出功率典型值14 dBm,功耗72.6 mW,芯片面积1.5 mm×1.2 mm。

双频段滤波天线与低噪声放大器一体化设计

为了满足未来无线通信系统对小型化、多频段、低损耗的需求,基于ATF-551M4晶体管,提出了一种新型的双频段滤波天线与低噪声放大器(LNA)一体化设计,并将其应用到WiFi6频段。通过在天线上引入寄生结构,使其具有更好的双频带通滤波性能。并在两个工作频段上分别设计出与LNA输入相匹配的阻抗,实现了无需阻抗匹配网络的滤波天线与电路直接连接。该设计可以有效地降低传统射频接收机前端中阻抗匹配网络带来的损耗,改善接收机噪声系数,提高接收机灵敏度,同时实现接收机的小型化多功能集成。实测结果显示,该一体化天线在WiFi6频段内|S_(11)|dB,低频段增益>20.9 dB,高频段增益>14.1 dB,具有比较显著的双频带通滤波特性。与传统级联设计相比,一体化天线不但具有更小的尺寸,而且噪声系数在工作频段内也显著减小。噪声系数最大降低了约0.5 dB,对应的灵敏度约提高17.5%。

一种新型噪声消除宽带低噪声放大器

噪声消除技术是设计低噪声放大器(LNA)时常用的技术之一,而如何解决LNA噪声与功耗的矛盾始终是设计的难点。文章提出一种新型噪声消除结构,通过主辅支路之间添加反馈回路的方式,在不增加功耗的情况下,实现了消除主辅支路噪声的目的。基于180 nm CMOS工艺,设计了一款应用该噪声消除结构的宽带低噪声放大器。仿真结果显示,该LNA的带宽为0.40~2.36 GHz,S_(11)与S_(22)均小于-10 dB,S12小于-30 dB,最大S_(21)为14.5 dB,噪声系数为2.20~2.34 dB,功耗仅为9 mW。

自稳零低噪声CTIA读出电路研究

红外探测器在国防航天领域应用广泛,其低噪声读出电路是获得有用清晰红外图像的基础。当探测器工作在高背景微弱信号下时,常出现噪声扰动大,各元信号高低不平,部分信号无法读出的问题。针对国内航天工程应用需求,文章设计了一种低噪声的新型读出电路。该电路在传统CTIA的基础上,设计了自稳零技术和新型相关双采样电路,对噪声抑制表现出优良的作用。可应用于低温中波线列红外HgCdTe航天探测器的信号读出以及其他低温和常温探测器的信号读出,工作温度范围为77~300K。基于0.35μm,5V-CMOS工艺进行了10×1线列读出电路后仿真验证与流片,结果表明,与传统CTIA电路对比,输出噪声下降44.7%,总输出噪声仅为72.1μV。

一种5.0~9.3 GHz低功耗宽带低噪声放大器设计

针对Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E(5 GHz、6 GHz)的低功耗、宽带宽等无线局域网(WLAN)设备需求,基于65 nm CMOS工艺设计了一款两级低功耗宽带低噪声放大器(LNA)。电路第一级采用结合互补共源电路的共源共栅结构,通过电感峰化技术和负反馈技术的运用,提高输入跨导,降低噪声,并拓展带宽和提高增益平坦度。第二级在共漏极缓冲器基础上引入辅助放大结构、电感峰化技术,实现抵消第一级共源管的噪声并拓展带宽。电路采用提出的前向衬底自偏置技术,以降低电路对电源电压的依赖,整体电路实现两路电流复用,从而有效降低了功耗。仿真结果表明,在5~9.3 GHz频带内LNA的S_(21)为17.8±0.1 dB,S11小于-9 dB、S_(22)小于-11.9 dB,噪声系数小于1.34 dB。在0.8 V电压下整体电路功耗为5.3 mW。

某低噪声螺杆滑油泵脉动特性研究

脉动特性是低噪声螺杆滑油泵的固有特性。由于脉动剧烈时易对泵的工作稳定性产生不良影响,研究其脉动特性十分重要。本文针对某低噪声螺杆滑油泵,开展不同定转子间隙、排气阀开度和进口含气率的脉动特性研究。研究结果表明,在研究参数范围内,脉动随间隙增大呈现先升高后下降趋势,随排气阀开度增大而单调递增,随含气率增大而先增大后保持平稳。本文研究结果可为螺杆滑油泵的设计与使用工况提供一定参考。

低噪声放大器热真空试验可靠性与失效机理研究

应用于航天领域的低噪声放大器,作为无线通信设备的前段核心部件,其工作环境复杂,无法进行及时的更换和维修。为了保障无线通信设备要求高可靠、长寿命,本文选择四通道接收组件一只进行热真空试验。该组件的低噪声放大器在温度范围为(-55~150)℃的热真空试验下,均发生不同程度的退化和失效,并借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)、聚焦离子束(FIB)及微光显微镜(EMMI)等失效分析设备对试验后组件中的低噪声放大器芯片开展失效分析研究,确定芯片的薄弱环节和失效机理,为优化低噪声放大器设计,提高其在太空环境下的性能和可靠性提供实验依据。