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。

GaN收发多功能芯片在片集成测试优化

为了解决传统开关集成测试方案中严苛的时序同步要求,根据GaN收发多功能芯片的在片电参数测试需求,采用环行器优化测试方案,减少芯片测试时序变量,提高了芯片测试程序的鲁棒性,并且利用去嵌入技术对系统的校准进行简化。通过典型器件的测试对方案进行了验证,结果表明,环行器优化测试方案与传统的开关集成测试方案输出结果基本一致,优化测试方案是有效的。

K波段高效率GaAs收发一体多功能芯片

研制了一款K波段(23~25 GHz)收发一体化多功能芯片。该芯片集成了单刀双掷开关(SPDT)、接收支路低噪声放大器和发射支路高效率功率放大器。为兼顾低噪声和高效率功率特性,对电路的拓扑结构进行了优化选择和设计。在器件特征工作频点,采用开关模型、噪声模型和非线性大信号模型进行联合仿真设计。测试结果表明,该收发一体多功能芯片在23~25 GHz范围内,接收支路增益23 d B、噪声系数2.5 d B,工作电流仅为12 m A;发射支路增益为30 d B,1 d B压缩点输出功率为18.7 d Bm,功率附加效率达到30%,动态电流仅为70 m A。芯片尺寸小,仅为3.5 mm×2.5 mm。

基于GaAsPHEMT的6～10GHz多功能芯片

介绍了一种基于GaAsPHEMT工艺的多功能芯片（MFC）设计。该芯片主要用于双向放大，具有低噪声性能和中等功率能力。综合考虑噪声、功率、效率和有源器件的正常工艺波动，选取合适的器件及其工作点、电路拓扑结构，使电路性能达到最优。采用大信号模型、噪声模型和开关模型联合仿真完成该芯片设计，并对版图进行电磁场仿真。测试结果表明，在6～10GHz频带内：小信号增益大于18．5dB，增益平坦度小于±0．2dB，输入／输出电压驻波比小于1．4：1，噪声系数小于2．2dB，1dB压缩点输出功率大于14dBm。芯片尺寸为2．4mm×2．6mm。

一种超小型7～8.5 GHz GaAs多功能芯片

随着微波T/R组件小型化需求的增加,微波单片集成电路（MMIC）向小型化和多功能发展。基于GaAs E/D PHEMT工艺成功研制了一款超小型7~8.5 GHz幅相控制多功能芯片。片上集成了T/R开关、6 bit数字移相器、6 bit数字衰减器、增益放大器和并行驱动器。通过在开关和放大器的匹配电路中较多地使用集总元件以及通过电磁场验证优化版图布局,实现了芯片的小型化。测试结果表明,多功能芯片的接收状态增益大于0dB,1 dB压缩输出功率（P-1）大于12 dBm;发射状态增益大于1 dB,1 dB压缩输出功率大于13 dBm。在接收和发射状态下,移相64态均方根（RMS）误差小于1.5°,衰减64态RMS误差小于0.4 dB,输入输出回波损耗小于-14 dB。裸片尺寸为3.50 mm×2.55 mm×0.07 mm。

X波段宽带幅相多功能芯片设计

为了降低相控阵天线T/R组件的尺寸和成本,提高集成度,该文基于0.5μm GaAs pHEMT工艺,设计了一款X波段宽带幅相多功能芯片。芯片在架构设计方面除了集成传统的6位数字移相器、6位数字衰减器、单刀双掷开关和驱动放大器以外,新引入了2位数字延时器,实现了收发通道的幅相与时延的独立控制和单芯片集成,改善了宽带相控阵应用中的波束色散。在幅相特性方面,采用高低通移相网络和开关型衰减拓扑,实现平坦的移相、衰减特性,并有效降低了寄生调幅和附加相移。实测结果表明:8~12 GHz工作频带内,64态移相均方根(RMS)误差小于3.5°,寄生调幅RMS小于0.3 dB;64态衰减RMS误差小于0.4 dB,附加相移RMS小于2.5°;延时器延时误差小于1.5 ps。芯片尺寸为5.0 mm×3.5 mm。

基于SiGe BiCMOS工艺的X和Ka波段T/R多功能芯片设计

提出了应用0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计的全集成X和Ka波段T/R多功能芯片。包括5位数控移相器、低噪声放大器、功率放大器和收发控制开关都被集成在单片上。首次将分布式结构应用在多功能芯片的小信号放大器设计中,而且将堆叠式结构的功放集成在收发芯片中,此两款多功能芯片均有着带宽宽、增益高、输出功率大等优点。其中X波段收发芯片接收、发射增益分别达到25 d B、22 d B,发射输出P-1d B达到28 d Bm;Ka波段收发芯片接收、发射增益分别达到17 d B、14 d B,发射输出P-1 d B达到20.5 d Bm。此两款应用硅基工艺设计的多功能芯片指标均达到国际先进水平,为X和Ka波段相控阵系统的小型化和低成本化提供了良好的条件。

基于多功能芯片的组网方式探究

从高性能计算技术看,其发展主要受限于网络性能。在通信速度方面,面向存储及计算的网络,其发展都要比CPU落后一些。多功能芯片是一款用于航空领域的实现域内域间通信及分布式计算的嵌入式芯片,因此对芯片间的通信网络性能提出了新的要求。该文从多功能芯片应用需求出发,针对蒙皮系统对多功能芯片的组网要求,先简单介绍了自组网和分布式计算的概念和特点;然后从概念、协议、特点、性能等方面对当前主流的无线组网方式ZigBee、蓝牙、802.11ac、802.11ad(WiGig)、802.11ax和有线组网方式10G以太网、FC网络、InfiniBand、RapidIO、1394、Myrinet、Quadrics等进行了详细介绍,并比较了其特性和优缺点;最后根据多功能芯片对组网性能的需求,重点比较了WiGig无线组网方式和InfiniBand有线组网方式,得出WiGig无线组网方式符合蒙皮系统对多功能芯片的组网要求。

一种W波段硅基多通道多功能芯片

为实现W波段多通道收发芯片小型化,研究了多层硅片垂直堆叠实现的三维硅基异构集成技术。基于高精度刻蚀工艺制作掩埋芯片的槽体和腔体,利用金属化通孔和上、下金属层实现了集成波导传输结构和滤波结构,结合金属化通孔的紧密分布实现了电磁屏蔽侧墙,该工艺在实现小型化的同时保证了抗干扰能力。采用高深宽比的通孔刻蚀技术和金属化技术实现信号的垂直传输,通过金丝键合实现微波单片集成电路(MMIC)芯片和硅基传输结构的物理连接,使用低温晶圆键合技术实现了硅片垂直堆叠,最终经微组装技术实现了92~96 GHz多通道多功能芯片。经测试,接收通道噪声系数小于6.2 dB,接收增益约大于14 dB,发射通道饱和输出功率达到20 dBm,验证了该技术的可行性,为W波段小型化多功能芯片提供了良好的设计思路。

嵌入式多功能芯片管理模块的研究与实现

本文对基于AC’97规范的多功能芯片进行了研究 ,并合理安排了各功能模块 。

基于SiGe工艺的X波段多功能芯片设计

采用锗硅工艺设计了一款X波段多功能芯片,该芯片包括开关、低噪声放大器、驱动放大器、移相器和衰减器等功能电路。传统的微波多功能芯片通常采用砷化镓(GaAs)工艺实现,具有成本高、集成度低等缺点,该设计采用Si基工艺来实现,大大降低了芯片成本,同时提高了集成度。通过采用片内温度补偿、相位补偿和并联峰化等一系列技术,使其达到较好的温度特性、较小的衰减附加相移和宽带特性。测试结果表明:该多功能芯片工作频率8 GHz^12 GHz,均方根相位误差3°,衰减附加相移小于2.5°,接收增益10 dB,发射增益3 dB。芯片包含焊盘的尺寸约为12.6 mm^2。在性能和GaAs工艺多功能芯片相当的前提下,面积减小30%以上,成本可以大幅降低。

基于GaAs PHEMT的5～12 GHz收发一体多功能芯片

基于GaAs赝高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺,研制了一种5-12 GHz的收发一体多功能芯片（T/R MFC）,其具有噪声低、增益高和中等功率等特点。电路由低噪声放大器和多个单刀双掷（SPDT）开关构成。为了获得较低的噪声系数和较大的增益,低噪声放大器采用自偏置三级级联拓扑结构;为了获得较高的隔离度和较低的插入损耗,SPDT开关采用串并联结构。测试结果表明,在5-12 GHz频段内,收发一体多功能芯片的小信号增益大于26 d B,噪声系数小于4 d B,输入/输出电压驻波比小于2.0,1 d B压缩点输出功率大于15 d Bm。其中,放大器为单电源5 V供电,静态电流小于120 m A;开关控制电压为-5 V/0 V。芯片尺寸为2.65 mm×2.0 mm。

基于GaN HEMT的13～17GHz收发多功能芯片

基于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺设计制作了一款收发(T/R)多功能芯片(MFC),主要用于射频前端收发系统。该芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关用于选择接收通道或发射通道工作,芯片具有低噪声性能、高饱和输出功率和高功率附加效率等特点。芯片接收通道的LNA采用四级放大、单电源供电、电流复用结构,发射通道的功率放大器采用三级放大、末级四胞功率合成结构,选通SPDT开关采用两个并联器件完成。采用微波在片测试系统完成该芯片测试,测试结果表明,在13~17 GHz频段内,发射通道功率增益大于17.5 dB,输出功率大于12 W,功率附加效率大于27%。接收通道小信号增益大于24 dB,噪声系数小于2.7 dB,1 dB压缩点输出功率大于9 dBm,输入/输出电压驻波比小于1.8∶1,芯片尺寸为3.70 mm×3.55 mm。

基于C#的T/R多功能芯片可靠性测试系统

为了在极端环境下对芯片进行高效准确的可靠性试验,利用C#编程语言和相应的测试设备与环境设备搭建多功能芯片(MFC)可靠性测试系统.系统针对自主研发的T/R多功能芯片的测试需求设计,通过设计现场可编程门阵列(FPGA)开发板,配合自主研发的多功能控制芯片实现控制信号的串并转换,简单、准确地切换待测芯片工作状态.综合可视化编程技术、虚拟仪器软件结构(VISA)、MYSQL数据库、串口通信技术,实现仪器一键设置、芯片状态自动切换、参数自动测试、数据自动处理保存与结果分析报告的功能.结合测试系统中的辅助测温系统和环境设备,对多功能芯片进行三温试验.经检验,整个测试系统操作简单、测试速度快、结果精确,支持多功能芯片的大部分可靠性试验需求.

超宽带延时幅相控制多功能芯片的设计

针对航空航天和卫星通信等设备的需求,介绍了一款超宽带延时幅相控制多功能芯片。该芯片集成了数字和微波电路,有T/R开关、5位数控延时器（10 ps步进TTD）、5位数控衰减器（1 d B步进ATT）、2个行波放大器、均衡器及数字电路。基于GaAs E/D PHEMT工艺研制出了芯片实物,芯片尺寸为4.5 mm×5.0 mm×0.07 mm。采用微波在片测试系统对该幅相控制多功能芯片进行了实际测试,在3~17 GHz频段内实现了10~310 ps延时范围,1~31 d B衰减范围。测试结果显示,发射/接收增益大于2 d B,发射1 d B压缩输出功率P1 d B_Tx大于12 d Bm,接收1 d B压缩输出功率P1 d B_Rx大于10 d Bm,全态输入输出驻波均小于1.7,＋5 V下工作电流130 m A,-5 V下工作电流12 m A。衰减器全态RMS精度小于1.4 d B,全态附加调相小于±8°。延时器全态RMS精度小于3 ps,全态附加调幅小于±1d B。

F频段三倍频放大多功能芯片设计与实现

基于InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款F频段三倍频放大多功能芯片。将三倍频器与驱动放大器级联,实现了F频段三倍频放大的单片集成。前端三倍频器电路由输入匹配电路、输入低通滤波电路、并联二极管对、输出高通滤波电路与输出匹配电路构成,通过反向并联二极管对实现三次倍频,在优化匹配前后级电路的同时,通过输入低通滤波器与输出高通滤波器滤除三次谐波外的基波与各次谐波。后端所级联的驱动放大器采用四级管芯级联的双电源拓扑结构来提高增益及输出功率。测试结果表明,输入频率为30~47 GHz、输入功率为15 dBm时,输出频率为90~141 GHz,输出功率大于6 dBm,输入回波损耗小于-13 dB,输出回波损耗小于-6 dB。芯片尺寸为4.40 mm×1.60 mm×0.07 mm。

毫米波宽带多功能芯片研制

本文给出了一种运用Agilent ADS2008设计实现毫米波接收机前端多功能芯片研制方法。该款芯片实现了低噪声放大器与电阻型混频器的单片集成,芯片尺寸≤2.5mm×2.0mm×0.1mm。实际测试指标为:工作频率范围24GHz～40GHz,中频频率范围DC～1GHz,变频增益≥5dB,直流功耗≤47mW,双边带噪声系数≤3.6dB,本振功率≤2dBm。

MMIC多功能芯片源漏金属异常的分析

采用超薄TEM分析技术,解决了15 nm以下厚度的MMIC多功能芯片金属薄膜的分析瓶颈问题。首先,对一款多功能芯片源漏制作工艺中源漏金属薄膜的凸起部分进行了纳米维度的能谱分析,准确地定位了故障点的存在位置;然后,分析并阐述了该异常造成源漏金属薄膜失效的过程和机理;最后,提出了相应的解决方案,为提高产品成品率提供了一定的指导。

RF多功能芯片on-wafer评估系统的研究

评估RF多功能芯片在不同环境温度下的性能指标是十分重要的,从分析射频多功能芯片功能和主要性能指标出发,研制了一款自动化芯片在片评估系统。采用上位机进行多种芯片工作状态和设备仪器状态控制,实现了芯片在各种不同工作状态不同温度下的测试数据采集、判断和保存。经实际评估验证,该评估系统能高效高可靠性的完成射频多功能芯片在不同环境温度下的on-wafer级性能评估。