超宽带SiGe HBT低噪声放大器的设计和分析

设计了一款具有电阻反馈的新型超宽带（UWB）SiGe HBT低噪声放大器（LNA）。因为摒弃了使用占片面积大的电感，所以极大节省了放大器的芯片面积和制作成本。在新型放大器的反馈支路中，使用了复合分布式电阻和隔直流电容，代替了传统的单一电阻。用这种方式设计的LNA，仅通过调整与电容串联的电阻就可以极大地改善放大器的端口匹配，同时不牺牲偏置。最终设计出的LNA版图面积仅为0．144mm^2。仿真实验显示，在3．1—10GHz超宽频带内，新型UWB LNA实现了低于4．5dB的噪声系数、高达20dB的增益（增益平坦度仅为1．032dB），小于1．637的输出端驻波比，大于2．3的稳定因子。此研究成果对设计开发低成本、高性能的单片UWB LNA具有重要指导意义。

SiGe HBT低噪声放大器的设计与制造

该文设计和制作了一款单片集成硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)低噪声放大器(LNA)。由于放大器采用复合型电阻负反馈结构,所以可灵活调整不同反馈电阻,同时获得合适的偏置、良好的端口匹配和低的噪声系数。基于0.35μm Si CMOS平面工艺制定了放大器单芯片集成的工艺流程。为了进一步降低放大器的噪声系数,在制作放大器中SiGe器件时,采用钛硅合金(TiSi2)来减小晶体管基极电阻。由于没有使用占片面积大的螺旋电感,最终研制出的SiGe HBT LNA芯片面积仅为0.282mm2。测试结果表明,在工作频带0.2-1.2GHz内,LNA噪声系数低至2.5dB,增益高达26.7dB,输入输出端口反射系数分别小于-7.4dB和-10dB。

新型3.1～6GHz高增益超宽带低噪声放大器

在传统的窄带达林顿结构放大器基础上,提出一种新型高增益超宽带达林顿结构低噪声放大器.该放大器采用高频低噪声晶体管,采用电感补偿技术和正实电阻补偿技术,保持了达林顿放大器高增益的优点,而且也取得了低噪声、良好输入输出匹配和宽带稳定性.通过优化设计,新型放大器在3.1～6 GHz内,增益S21高达21 dB,变化不超过0.3 dB,噪声系数F为1.5～2.1 dB,输入输出反射系数S11和S22都小于-14 dB,在宽带内保持稳定.

改善放大器噪声性能的SiGe HBT几何参数优化设计

研究有源器件SiGe HBT的几何参数对单片低噪声放大器(LNA)噪声性能的影响.基于0.35μm SiGeBiCMOS工艺,研制了4款采用不同几何参数的SiGe HBT LNA.实验结果显示,在给定的偏置条件下,当发射极宽长比较小时,小范围改变发射极宽度对噪声系数(NF)改善微弱,但适当增长发射极条长和增加发射极条数明显降低了NF,且不牺牲增益.另外,与采用其他几何尺寸的SiGe HBT LNAs相比,选用器件发射极面积为AE=4μm×40μm×4的LNA性能最优,在0.2～1.2 GHz内获得低至2.7 dB的噪声系数,高达26.7 dB的相关增益和最接近于50Ω的最佳噪声源阻抗.由于没有使用占片面积大的电感,放大器芯片面积仅为0.2 mm2.

3～6GHz SiGe HBT Cascode低噪声放大器的设计

基于Jazz 0.35μm SiGe工艺设计一款满足UWB和IEEE802.11a标准的低噪声放大器.采用并联电感峰化技术与Cascode结构来展宽带宽;完成了芯片版图的设计,芯片面积为1.16 mm×0.78 mm;在带宽为3～6 GHz范围内,最大增益为26.9 dB,增益平坦度为±0.9 dB.放大器的输入输出匹配良好,其回波损耗S11和S22均小于-10dB,输入与输出驻波比小于1.5,1 dB压缩点为-22.9 dBm.在整个频段内,放大器无条件稳定.

新型发射极指组合结构功率SiGe HBT热分析

提出了一种发射极指分段和非均匀发射极指长、指间距组合的新型器件结构,以改善多指功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)的热稳定性。考虑器件具有多层热阻,发展建立了相应的热传导模型。以十指功率SiGe HBT为例,运用有限元方法对其进行热模拟,得到三维温度分布。与传统发射极结构器件相比,新结构器件最高结温从416.3 K下降到405 K,各个发射指上的高低温差从7 K～8 K下降为1.5 K～3 K,热阻值下降14.67 K/W,器件整体温度分布更加均匀。

3～10GHz SiGe HBTs超宽带低噪声放大器的设计

根据UWB（Ultra-wideband）无线通信标准,提出了一款超宽带低噪声放大器并进行了设计。该放大器选用高性能的SiGe HBTs,同时采用并联和串联多重反馈的两级结构,以达到超宽频带、高增益、低噪声系数以及良好的输入输出匹配的目的。仿真结果表明,放大器在3-10 GHz带宽内,增益S21高达21 dB,增益平坦度小于1.5 dB,噪声系数在2.4~3.3 dB之间,输入输出反射系数（S11和S22）均小于-9 dB,并且在整个频带内无条件稳定。所有结果表明该LNA性能良好。

一种无电感超宽带低噪声放大器的设计

基于Jazz 0．35μm SiGe工艺，设计了一款工作在3～10GHz频带范围内的超宽带低噪声放大器。该放大器采用电阻负反馈结构，并在发射极并联电容，以补偿晶体管高频增益的下降。仿真结果显示，在整个工作频带内，放大器的增益在22．3dB以上，平坦度保持在1dB以内，噪声系数在3．7dB到4．6dB之间，输入输出反射系数（S11及S22）均在-12dB以下。整个设计最大的优点是没有用到片上电感，使得芯片面积大大缩小，对于商业应用具有极大的吸引力。

Cascode射频有源电感的设计

基于Cascode结构,提出了采用双共基异质结双极型晶体管级联反馈射频有源电感的设计方法,并与电阻反馈、单共基晶体管反馈构成的两种有源电感进行了比较。分别从理论上推导出了这三种不同反馈支路的有源电感的输入阻抗与等效电感,同时分析了影响其性能的因素。最终采用Jazz0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用安捷伦射频仿真软件ADS,对电路进行了验证。结果表明,采用双共基晶体管级联反馈构成的有源电感,兼具有电感值大,品质因数高等优点。

基于SiGe HBT的射频有源电感的设计

基于回转器原理,提出利用两个SiGe异质结晶体管,通过采用不同组态构成四种射频有源电感,其中包括两种正电感和两种负电感,并对它们的性能进行了比较。结果表明,共射组态与共集组态构成的有源电感的性能最优异,并就此做了详细讨论。在带宽为1～15.8GHz的范围内,其电感值可以达到1nH以上,电感的品质因数最大值达到75.4。通过调节晶体管的偏置电压,有源电感的电感峰值在1.268nH-1.914nH范围内变化。电感值的可调谐性对增强电路设计的可复用性及灵活性具有现实意义。

双频段低噪声放大器的设计

适应多标准移动通信终端的迅速发展,设计了能够在800 MHz和1.8 GHz两个不同频段独立工作的低噪声放大器。放大器使用噪声性能优良的SiGe HBT管子,采用Cascode结构减小Miller电容的影响,发射极串联电感消除放大器输入端噪声系数和功率匹配的耦合,输入匹配电路采用单通道串并联LC电路,计算串并联电感和电容值,可以在两个工作频点发生谐振。输出端通过调整负载阻抗到50Ω,采用简单的电路实现功率输出。ADS的仿真结果表明,本文设计的低噪声放大器在800 MHz和1.8 GHz两个工作频段的S21分别达到了24.3 dB和21.3 dB,S11均达到了-13 dB,S22均在-27 dB以下,两个频段的噪声系数分别为3.3 dB和2.0 dB。

射频E类功率放大器并联电容技术研究

为了使E类放大器工作效率最大,需要得到并联电容的确切数值。分析了含线性并联电容E类放大器的和含非线性晶体管寄生输出电容E类放大器的不同特性,给出了不同的设计方法。指出了E类功率放大器设计过程中分析和计算并联电容的难点,阐述了E类功率放大器中并联电容对电路性能的影响,同时给出了考虑并联电容的E类功率放大器的设计方法。

射频功率HBT热稳定性分析及镇流电阻优化

为了有效改善射频功率HBT的热不稳定性、消除自加热效应对功率器件电学特性的影响,从热电反馈网络出发,阐述了晶体管热稳定因子S的物理意义.在考虑发射极电流正温度系数、器件能带连续性(△E_v)、重掺杂效应(△E_g)、基极和发射极加入镇流电阻(R_B和R_E)等因素的情况下。给出了功率HBT自热完全补偿(S= 0)所需最小镇流电阻(R_c)表达式.结果表明,在△E_v+△E_g>2κT时,HBT工作温度丁越大,R_c反而越小.由于R_c的减小,功率HBT将能提供更大的输出功率、功率增益和功率附加效率.

非均匀条间距结构功率SiGe HBT(英文)

成功研制出非均匀发射极条间距功率SiGe异质结双极晶体管(HBT)用以改善功率器件热稳定性.实验结果表明,在相同的工作条件下,与传统的均匀发射极条间距HBT相比,非均匀结构HBT的峰值结温降低了22K.在不同偏置条件下,非均匀结构SiGeHBT均能显著改善芯片表面温度分布的非均匀性.由于峰值结温的降低以及芯片表面温度分布非均匀性的改善,采用非均匀发射极条间距结构的功率SiGeHBT可以工作在更高的偏置条件下,具有更高的功率处理能力.

一款适用于WCDMA标准的大动态范围SiGe HBT可变增益放大器设计

第三代移动通信标准WCDMA要求放大器增益可调,并且增益动态范围较大。根据这一要求给出了一种基于SiGeHBT具有高动态范围的可变增益放大器（VGA）设计。放大器为三级级联结构,第一级为输入缓冲级,第二级为增益控制级,最后为放大级。VGA的增益控制通过调整第二级的偏置实现。VGA在1.95 GHz频率下,在0～2.7 V增益控制电压变化下,具有44 dB增益变化范围,最大增益49 dB。在最大增益处最小噪声系数为2.584 dB,输入输出电压驻波比低于2,性能良好。

采用噪声抵消技术的宽带SiGe HBT低噪声放大器设计

宽带低噪声放大器的输入匹配需要兼顾阻抗匹配和噪声匹配。通常,这两个指标是耦合在一起的。现有的宽带匹配技术需要反复协调电路参数,在阻抗匹配和噪声匹配之间折衷,给设计增大了难度。提出一种噪声抵消技术,通过两条并联的等增益支路,在输出端消除了输入匹配网络引入的噪声,实现阻抗匹配和噪声匹配的去耦。基于Jazz0.35μmSiGe工艺,设计了一款采用该噪声抵消技术的宽带低噪声放大器。放大器的工作带宽为0.8-2.4GHz,增益在16dB以上,噪声系数小于3.25dB,S在-17dB以下。

兼顾群延时与宽带匹配的SiGe HBT LNA设计

选用SiGe HBT作为电路的有源器件,利用基极串联电感LB与反馈支路、晶体管Miller效应所产生的寄生电容形成的T型匹配网络取得了输入阻抗的良好匹配,并就基极串联电感值对系统群延时的影响进行了讨论,优化LB以满足兼容群延时与宽带匹配的要求。该放大器在3.1-10.6 GHz的带宽内增益达到12.7 dB,增益变化小于等于1.8 dB,噪声小于3.85 dB,群延时小于24 ps,静态功耗仅为6.3 mW。

基于IEEE802.11a标准的SiGe HBT LNA的设计

基于IEEE802·11a标准描述了一款SiGe HBT低噪声放大器(LNA)的设计。为适应该标准的要求,给出了噪声、功率增益及稳定性的优化方法。选用SiGe HBTs作为有源元件,采用T型输入、输出匹配网络设计了电路,并用安捷伦ADS-2006A软件对噪声系数、增益等各项指标进行了仿真。最终在频率为5·2GHz下,LNA噪声系数F为1·5dB,增益S21达到12·6dB,输入、输出反射系数S11和S22较好,在工作频带内小于-10dB,LNA性能良好。

Thermal stability improvement of a multiple finger power SiGe heterojunction bipolar transistor under different power dissipations using non-uniform finger spacing

A method of non-uniform finger spacing is proposed to enhance thermal stability of a multiple finger power SiGe heterojunction bipolar transistor under different power dissipations. Temperature distribution on the emitter fingers of a multi-finger SiGe heterojunction bipolar transistor is studied using a numerical electro-thermal model. The results show that the SiGe heterojunction bipolar transistor with non-uniform finger spacing has a small temperature difference between fingers compared with a traditional uniform finger spacing heterojunction bipolar transistor at the same power dissipation. What is most important is that the ability to improve temperature non-uniformity is not weakened as power dissipation increases. So the method of non-uniform finger spacing is very effective in enhancing the thermal stability and the power handing capability of power device. Experimental results verify our conclusions.

具有高电流处理能力的多发射极条微波功率GeSi HBT

本文对多发射极条（指）微波功率GeSiHBT进行了设计、制造和测试，并就测试结果对电流处理能力进行了研究。实验结果表明，对20—80指的GeSiHBT，发射极单位长度的电流密度I0在1．67—1．06A／cm之间变化。随发射极条数的增加，I0逐渐减少，分析认为这是由发射极条之间的热耦合引起有源区的温度非均匀分布而导致的。并且通过测试所得到的I0值，证明多指GeSiHBT可通过选择合适的发射极条数、条长和发射区面积获得更高的电流处理能力。