一种大功率高效率的Ku波段SiGe硅功率放大器设计

采用SiGe BiCMOS工艺设计了一款大功率高效率硅基功率放大器芯片,用于驱动现有大功率GaN功率放大器芯片,满足相控阵雷达的低成本需求。该硅基功率放大器通过和低噪声放大器、驱动放大器、数控移相器、数控衰减器、单刀双掷开关、电源管理以及数字逻辑单元等硅基电路进一步集成,实现了一片式高集成度硅基幅相多功能芯片,从而降低了前端收发组件的尺寸和成本。在硅基功率放大器设计中,结合Stack结构、变压器耦合结构和有源偏置结构,开展电路设计及优化,提高了放大器的输出功率和效率。测试结果表明:研制的硅基功率放大器在Ku波段f_1~f_2(3GHz带宽)频带内,实现了小信号增益31dB;在-3dBm输入功率条件下,实现发射功率21.5dBm、功率附加效率(PAE)25%等技术指标。集成功率放大器的幅相多功能芯片在f_1~f_2(3GHz带宽)频带内,实现了发射通道增益24dB;在5dBm输入功率条件下发射功率21.5dBm、功率附加效率(PAE)23%等技术指标。

基于电容补偿技术的毫米波反射式衰减器设计

为提升衰减精度和附加相移性能,采用电容补偿技术吸收了开关管的寄生效应,设计了2款5位毫米波反射式衰减器芯片.通过剖析3种基本电容补偿拓扑,借助史密斯圆图,分析负载反射系数、衰减量和附加相移随补偿电容的变化情况,总结出采用电容补偿技术设计反射式衰减器的设计流程和优化方法,并流片验证.2款芯片均集成有1个五位衰减器和1个单刀双掷开关,总芯片面积均为3 mm×1 mm.其中芯片A基于0.5μm砷化镓PHEMT工艺,采用了尾电容补偿技术;芯片B基于0.15μm砷化镓PHEMT工艺,采用了开关管前/后电容补偿技术.结果表明,2款芯片包含开关的插入损耗均小于4.5 dB,其中衰减器的插入损耗均小于3 dB,衰减均方根误差都小于0.4 dB,输入1 dB压缩功率都大于25 dBm,芯片A衰减相位变动小于±5°,芯片B衰减相位变动小于±2.5°.

基于SiGe BiCMOS工艺的宽带有源矢量合成移相器

采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计了一款高集成度的六位宽带有源矢量合成移相器,该有源矢量合成移相器采用定制设计的超宽带无源巴伦和RLC正交网络,产生宽带的正交信号,保证幅度和相位平衡性。采用双平衡吉尔伯特结构的矢量合成加法器对四路正交信号合成,其输入级偏置通过超宽带无源巴伦中心抽头提供,吉尔伯特结构开关级用作I、Q极性控制,尾电流源用作I/Q比值控制。通过数字译码电路和电流型数模转换电路控制对应移相位的I、Q极性和I/Q比值。采用双极型有源电感用作吉尔伯特结构的负载,最后合成的输出差分信号经过有源巴伦输出。测试结果表明,研制的有源矢量合成移相器芯片3 dB带宽为7~15 GHz,插损为14 dB,在8~16 GHz频率范围内寄生调幅小于±0.5 dB,输入1 dB功率压缩点为5 dBm,在9~15 GHz频率范围移相精度小于3°,电源电压为3.3 V,电流小于10 mA。包含测试焊盘,芯片尺寸为0.6 mm×0.9 mm,面积为传统同频段无源移相器的四分之一。