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。

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。

Ka波段连续波9 W GaN功率放大器

本文研制了一款采用0.15μm碳化硅基氮化镓功率MMIC工艺的Ka波段连续波功率放大器芯片。功率放大器采用了3级共源级联结构。输出级采用了16个晶体管进行功率合成,有效地分散了热分布,输出匹配网络采用低损耗拓扑架构,保证了输出功率与附加效率。级间匹配采用了最大增益匹配,同时兼顾了小信号增益平坦度。在28 GHz~30 GHz内,小信号增益为25 dB,28 V偏置电压下连续波输出功率大于39 dBm,功率增益为17 dB,附加效率大于25%,热阻为1.41℃/W。输出功率为35 dBm时,IMD 3小于-25 dBc,芯片面积为3.0 mm×3.1 mm。

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。

一个2.4 GHz集成的SP3T射频开关和低噪声放大器

基于90 nm SOI CMOS工艺实现的应用于无线局域网的2.4 GHz集成的单刀三掷(SP3T)射频开关和低噪声放大器.射频开关采用了一种低功耗的等效负压偏置方法,该方法能够在不使用负电压的前提下使关断状态晶体管获得等效的负压偏置,从而提高射频开关的线性度.低噪声放大器采用了负反馈技术和导数叠加技术提高线性度,利用导数叠加技术减小低噪声放大器的三阶非线性,进一步提高了负反馈低噪声放大器的线性度.低噪声放大器与射频开关集成,并带有Bypass衰减通路.测试结果表明,射频开关的发射支路实现了0.95 dB的插入损耗和34 dBm的输入1 dB压缩点,蓝牙支路具有1.68 dB的插入损耗和30 dBm的输入1 dB压缩点.在2 V供电下,接收支路在高增益模式下具有15.8 dB的增益,1.7 dB的噪声系数和7.6 dBm的输入三阶交调点,功耗28.6 mW,在Bypass模式下具有7.2 dB的插入损耗和22 dBm的输入三阶交调点.

基于45 nm CMOS SOI工艺的毫米波双频段低相噪压控振荡器设计

本文基于45 nm互补金属氧化物半导体绝缘体上硅工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor Silicon On Insulator,CMOS SOI)设计了一款支持5G毫米波24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz双频段的低相位噪声压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO).基于CMOS SOI工艺良好的晶体管开关特性,结合开关电容阵列及开关电感方案,提高宽带调谐电容、电感Q值,扩展VCO工作频段,降低相位噪声.同时,输出匹配网络也采用开关电容切换方式,实现了5G毫米波双频段良好阻抗匹配及稳定功率输出.流片测试结果表明该VCO可以完整覆盖5G毫米波双频段24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz,低频段输出功率-4.8~0 dBm,高频段输出功率-6.4~-2.3 dBm.在24.482 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-105.1 dBc/Hz;在43.308 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-95.3 dBc/Hz.VCO核心直流功耗15.3~18.5 mW,电路核心面积为0.198 mm^(2).低频段(高频段)的FoM(Figure of Merit)及FoMT优值分别达到-181.3 dBc/Hz(-175.4 dBc/Hz)、-194.3 dBc/Hz(-188.3 dBc/Hz).

硅基太赫兹发射机集成电路研究进展

近年来,太赫兹频段作为下一代6G通信技术的备选频段受到了广泛关注,太赫兹也成为研究热点。太赫兹集成电路(芯片)是推动各种太赫兹应用系统快速发展的关键。随着硅基工艺的特征频率/最大振荡频率(f_(T)/f_(max))不断提高,采用低成本硅基工艺,在太赫兹频段实现全集成的硅基太赫兹发射机成为可能。本文简要综述了基于硅基工艺的太赫兹发射机芯片技术的重要研究进展,包括150 GHz直接上变频发射机芯片、220 GHz滑动中频超外差发射机芯片,以及D波段直接调制发射机芯片。实验测试验证了太赫兹频段在高速通信应用中的优势,硅基太赫兹收发集成电路有望成为6G系统中突破高速数据速率需求的关键技术。

一种高增益的宽带低噪声放大器的设计

采用SANAN公司的0.25μm E-Mode pHEMT工艺,基于ADS仿真,设计了一款工作频率为2.0~4.2 GHz的两级级联的宽带LNA芯片。芯片采用电阻偏压的方式,实现了3.3 V单电源供电。同时,设计了一种改进型的RLC并联负反馈结构,实现了宽带匹配。仿真结果表明,该LNA在2.0~4.2 GHz频段内,最大增益为30.9 dB,增益平坦度为±0.6 dB左右,输入回波损耗小于-9 dB,输出回波损耗小于-12 dB;噪声系数为(1.2±0.14)dB;系统稳定性因子K在全频带内大于2.8;芯片面积为0.78 mm×2.2 mm。

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。

10~20GHz宽带低噪声放大器的设计和实现

阐述一款采用0.25 GaAs pHEMT工艺、基于MMIC技术的10~20GHz宽带低噪声放大器设计。联合仿真结果表明,带内增益高达28dB,噪声系数低于1.9dB,输入和输出回波损耗均低于-15dB。该芯片具有宽带宽、集成度高和功耗低的特点。

6.5~10 GHz超宽带低噪声放大器的抗干扰设计

本文基于SMIC 28 nm CMOS工艺设计了一款应用于超宽带协议的具有带外噪声抑制功能的全集成低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA),并提出了一种新型的LC串并联两级滤波结构.通过利用滤波器极点补偿LNA带内增益的设计方法,合理设计滤波负载等效电路的极点,使其略高于零点频率,在保证了LNA通带增益和噪声的情况下提高了滤波深度.对所设计的LNA进行了EMX建模及仿真验证.结果表明,该LNA在6.5~10 GHz的工作频带内,S_(21)高达21.17~25.28 d B,S_(11)小于-10.58 d B;S_(22)小于-11.20 d B,带内噪声系数仅为2.14~2.51 d B;带阻滤波器在5.8 GHz处可提供-35.45 d B的噪声抑制;在0.9 V供电电压下,LNA的静态功耗仅为9.36 m W.

GaAs及GaN微波毫米波多功能集成电路芯片综述

综合论述了GaAs和GaN微波毫米波的收发多功能芯片、幅相多功能芯片和GaAs限幅放大器集成芯片的发展状况、电路结构和性能特性,简述了收发多功能中的功率放大器和低噪声放大器的设计方法、幅相多功能中数字移相器和衰减器的设计方法,给出了限幅低噪声放大器中限幅器的设计参考。

某型雷达低噪声放大器的HPM毁伤效应研究

低噪声放大器(LNA)作为雷达接收系统中最敏感的部件,极易受到高功率微波(HPM)武器的前门耦合攻击,从而影响雷达整体性能。首先分析了HPM对LNA的毁伤机理,然后设计了LNA的HPM注入毁伤实验平台,对某型雷达的LNA的毁伤机理和毁伤阈值进行实验验证。结果表明,该型雷达的LNA不受HPM线性效应影响,当HPM超过其毁伤阈值后,器件内的场效应放大器(FET)栅源之间发生热烧融,造成LNA受到永久性损伤,性能失效。本结论可为该型雷达装备抗HPM毁伤效能评估和HPM防护设计提供数据支撑。

X波段平衡式限幅低噪声放大器MMIC

为满足接收机的小型化需求,基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款用于8~12 GHz的平衡式限幅低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC)。将Lange电桥、限幅器、LNA集成在同一衬底上,Lange电桥采用异形设计,芯片比传统尺寸降低30%以上;限幅器级间采用电感匹配结构,提升MMIC的工作带宽;LNA采用并联负反馈、源极电感负反馈以及电流复用拓扑结构,实现超低功耗和良好的稳定性。芯片采用整体最优化设计,在片测试结果表明,在工作频带内,限幅LNA MMIC芯片的增益为(25±0.2)dB(去除1 dB斜率),噪声系数小于1.6 dB,总功耗小于100 mW,耐功率大于46 dBm,该芯片尺寸为2.8 mm×2.4 mm,充分体现了集成工艺的性能和尺寸优势。

一种CMOS毫米波双宽带可重构低噪声放大器

设计了一种双宽带毫米波低噪声放大器。该低噪声放大器可通过射频开关对无源电感重新配置,使其可以分别工作在中心频率为28 GHz和32 GHz的频段下,适用于5G毫米波通信。该可重构低噪声放大器基于55 nm CMOS工艺设计。后仿真结果表明,该可重构低噪声放大器在控制电压(V_(s))为0 V的情况下,在中心频率为28 GHz时,增益为23 dB,输入1 dB压缩点为-5.4 dBm;在-3 dB带宽26.1~32.2 GHz(6.1 GHz)内,噪声系数为4.1~4.4 dB;在V_(s)为1.2 V的情况下,在中心频率变为32 GHz时,增益为20 dB,输入1 dB压缩点为-7.5 dBm;在-3 dB带宽28~34 GHz(6 GHz)内,噪声系数为4.4~4.7 dB。芯片面积为0.70×0.55 mm^(2),在1.2 V的电源电压下功耗为25.2 mW。

一种9~26 GHz宽带MMIC低噪声放大器的设计与实现

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺实现了一款工作频率覆盖9~26 GHz的宽带低噪声放大器。该放大器采用三级共源放大电路级联结构,前两级放大器采用电流复用来降低电路功耗,并提供一个较高的增益,并在后两级引入并联负反馈结构来扩展带宽、改善增益平坦度。测试结果表明,在9~26 GHz的宽频带范围内,芯片为单电源+5 V供电,静态电流为55 mA,噪声系数不大于2.5 dB,小信号增益大于18 dB并具有一定的正斜率,输出功率1 dB压缩点高于13 dBm,尺寸为1.75 mm×1.05 mm,具有宽频带、低噪声、低功耗、面积小等性能优势。

硅基光参量放大器的增益和噪声特性研究

为了研究硅基光参量放大器(OPA)更好的增益和噪声特性,在研究硅基光参量放大器(OPA)中拉曼效应及其噪声理论的基础上,用数值仿真研究了硅基OPA中泵浦峰值功率、泵浦宽度、脉冲重复率、自由载流子寿命对其增益和NF特性产生的影响。结果表明,当泵浦功率大于2 W后,由于TPA与FCA的非线性损伤的存在使得增益逐渐降低,即在硅基OPA中高峰值泵浦功率并不意味着大的增益。短脉冲宽度更易获得净增益,低的脉冲重复率下NF更小。当泵浦脉冲重复率为10 GHz,泵浦脉冲宽度为2.5 ps时,自由载流子的寿命只要低于500 ps就可以获得净增益。

基于光电二极管检测电路的噪声分析与电路设计

利用噪声和信噪比的理论公式及等效电路模型,分析光电二极管检测电路噪声产生的原因.给出低噪声光电检测电路的设计原则,并设计基于光电二极管低噪声前置放大电路.结果表明:光电二极管的噪声主要是光转换器件内部电阻及PN结中载流子随机涨落引起的热噪声和散粒噪声,该噪声与光电二极管结构、材料、温度、工作电压及外部环境的干扰有关;前置放大电路的噪声主要与前置放大器的噪声电压、噪声电流、温度变化及反馈电阻有关.