基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

GaAsE/DPHEMT正压驱动单片数控衰减器

采用将正压数字驱动电路和微波衰减器集成在同一单片上的方法,设计制作了6 bit正压驱动数控衰减器单片电路。分析了几种衰减电路原理,以及增强/耗尽型(E/D)PHEMT正压驱动电路原理。采用桥T型结构衰减电路单元、E/D PHEMT控制电路设计了数控衰减器单片电路。基于GaAs E/D PHEMT工艺,流片制作了数控衰减器单片电路。测试结果表明,在DC^4 GHz带宽内,插入损耗L i≤2.9 dB,输入输出回波损耗L r≤-15 dB,衰减精度e bit≤±(0.4+3%×Att)dB(Att为衰减量)。电路具有衰减精度高、线性度好和芯片面积小等特点。内置的E/D PHEMT正压控制电路,可减小控制信号布线面积。采用单正压电源供电使电路更易使用。

基于GaAs E/D PHEMT工艺的6～10 GHz多功能MMIC

采用Ga As衬底增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管（E/D PHEMT）工艺研制了一款6～10 GHz多功能微波单片集成电路（MMIC）。其集成了4个单刀双掷开关、6 bit数控移相器、6 bit数控衰减器、3个放大器和14 bit并口驱动电路。测试结果表明：接收支路增益大于8 d B,1 d B压缩点输出功率大于3 d Bm;发射支路增益大于1 d B,1 d B压缩点输出功率大于8 d Bm。移相64态均方根误差小于3°,衰减64态均方根误差小于1 d B。在工作频带内接收和发射两种状态下,输入输出驻波比均小于1.5∶1。经过版图优化后,芯片尺寸为3.5 mm×5.1 mm。该多功能MMIC可用于微波收发组件,对传输信号进行幅相控制。

2～12GHz集成E/D驱动功能的数控衰减器单片

在GaAs衬底上集成增强/耗尽型数字驱动器和数控衰减器,实现了数字电路与微波电路的一体化集成。数字部分采用直接耦合场效应逻辑结构实现,具有结构简单、速度快和功耗低等优点。2～12 GHz 6 bit数控衰减器,内置6位并行驱动电路,控制端减少为6个,晶体管—晶体管逻辑电路(TTL)电平控制,并行输入控制信号。电路测试结果为:插入损耗≤4.5 dB,开关时间≤15 ns,输入输出驻波比≤1.4∶1,均方根衰减误差(全态)≤0.7 dB,静态功耗为2.0 mA@-5 V,芯片尺寸为2.6 mm×1.6 mm×0.1 mm。在GaAs PHEMT衬底上实现了数字驱动和数控衰减等功能的集成,控制电平兼容应用系统电平,应用更简单,可靠性更高。

带数字驱动的DC-18 GHz单刀三掷开关设计

设计了一款带数字驱动的DC-18 GHz单刀三掷开关(Single-Pole Three-Throw,SP3T)芯片。该芯片集成了单刀三掷开关和数字驱动器。单刀三掷开关由2个单刀双掷开关级联组成。单刀双掷开关采用吸收式开关结构,可以实现更好的关态驻波比。驱动电路采用直接耦合场效应晶体管逻辑(Direct Coupled Field Effect Transistor Logic,DCFL)式逻辑电路,具有结构简单、功耗低的优点。版图经过合理布局后,芯片尺寸为1.5 mm×2 mm。测试结果表明:在DC-18 GHz频段内,芯片插入损耗小于3.5 dB,隔离度大于50 dB。芯片采用5 V/0 V逻辑控制,开关速度小于8 ns,1 dB压缩输入功率23 dBm。

Ku波段6 bit数字衰减器MMIC的小型化设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽(E/D)型赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了6 bit并行驱动器的数字衰减器单片微波集成电路(MMIC)。该衰减器采用T型衰减网络结构,不仅缩小了芯片面积,并且可实现较好的衰减精度和衰减附加相移。芯片在片测试结果表明,在-5 V电源电压下驱动器的静态电流为1.8 mA,响应速度为25 ns。在9~18 GHz频率范围内,衰减器芯片的插入损耗不大于3.6 dB,均方根衰减精度不大于0.7 dB,衰减附加相移为-2°~4°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.25∶1,输出VSWR不大于1.5∶1。芯片尺寸为1.6 mm×0.6 mm×0.1 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、面积小、衰减附加相移小等优点,可广泛应用于通信设备和微波测量系统中。

0.5~2.7 GHz GaAs超宽带多功能MMIC芯片设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽型(E/D模)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了并行驱动器的多功能单片微波集成电路(MMIC)芯片。该芯片的移相器采用磁耦合全通网络(MCAPN)结构,功率分配器则使用集总元件进行集成,不仅缩小了芯片面积,并且在超宽带下实现了较好的相位精度和幅度一致性。采用微波探针台对芯片进行在片测试,结果表明在0.5~2.7 GHz,芯片性能良好:其小信号RF输入功率为0 dBm,芯片的插入损耗不大于7 dB,幅度波动在±0.8 dB以内,相位差为-98°~-85°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.9∶1,输出VSWR不大于1.9∶1,在-5 V电源下驱动器的静态电流为1 mA,响应速度为25 ns。芯片尺寸为3.4 mm×1.8 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、集成度高等特点,可应用于多波束天线系统中。