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.

基于SiGe BiCMOS工艺的8 GS/s采样保持电路

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提高了采样保持电路的线性度。输出缓冲电路采用级联结构实现高线性度,并提高了电路的驱动能力。测试结果发现,在采样模式下单端输入信号频率4 GHz、采样时钟频率8 GHz条件下,有效位数为5.4 bit,无杂散动态范围为37.6 dB,总谐波失真为37.5 dB,总功耗为450 mW,芯片尺寸为0.68 mm×0.68 mm。

BiCMOS三态输出门电路的设计、制备及应用

设计了几种BiCMOS三态输出门电路,提出了采用先进的0.5mm BiCMOS工艺,制备所设计的三态输出门的技术要点和器件参数,并分析了它们既具有双极型(Bipolar)门电路快速、大电流驱动能力,又具备CMOS逻辑门低压、低功耗和高集成度的特性,因而它们特别适用于高速缓冲数字信息系统和其它便携式数字设备中。

一种低压低功耗Flash BiCMOS SRAM的设计

设计了一种静态随机读写存储器(SRAM)的BiCMOS存储单元及其外围电路。HSpice仿真结果表明,所设计的SRAM电路的电源电压可低于3V以下,它既保留了CMOSSRAM低功耗、高集成度的特征,又获得了双极型电路快速、大电流驱动能力的长处,因而特别适用于高速缓冲静态存储器和便携式数字电子设备的存储系统中。

一种新型的BiCMOS带隙基准电压源

在分析传统带隙基准结构的基础上,根据当前集成电路设计中对基准电源的低压、低功耗、高电源抑制比的要求,设计了一种结构比较新颖的基准电压源电路。该电路工作在电流模式,带有启动电路和电流补偿电路,静态电流约为10μA,具有较低的温度系数和较高的电源抑制比。

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的高线性射频功率放大器

采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计应用于无线局域网(WLAN)802.11b/g 2.4GHz频段的Class AB射频功率放大器。该放大器采用两级放大结构,具有带温度补偿的线性化偏置电路。仿真结果显示:电路的输入匹配S11小于-13 dB,输出匹配S22小-于20 dB,功率增益达27.3 dB,输出1 dB压缩点为23 dBm,最大功率附加效率(PAE)为21.3%;实现了匹配电路、放大电路和偏置电路的片上全集成,芯片面积为1 148μm×1 140μm。

一种高速低耗全摆幅BiCMOS集成施密特触发器

通过分析国外流行的一种 Bi CMOS集成施密特触发门 ,提出了一种高速、低功耗、全摆幅输出的Bi CMOS施密特触发器。该器件中单、双极型电路优势互补 ,电源电压为 1 .5 V,实现了优于同类产品的全摆幅输出 ,且其开关速度高于同类 CMOS产品的 1 3倍以上 。

一种2.4GHz全集成SiGe BiCMOS功率放大器

针对2.4 GHz 802.11 b/g无线局域网(WLAN)的应用,该文设计了一种单片全集成的射频功率放大器(PA)。由于在自适应偏置电路中采用异质结晶体管(HBT)和电容构成的简单结构提高PA的线性度,因此不增加PA的直流功耗、插损和芯片面积。在基极偏置的DC通路中采用电阻负反馈实现温度稳定功能,有效避免热崩溃的同时不引起射频损耗。采用了GRACE 0.18μm SiGe BiCMOS工艺流片,芯片面积为1.56 mm2,实现了包括所有偏置电路和匹配电路的片上全集成。测试结果表明,在2.4-2.5 GHz工作频段,PA的小信号增益S 21达23 dB,输入回波损耗S 11小于-15 dB。PA的1 dB输出压缩点的线性输出功率为19.6 dBm,功率附加效率为20%,功率增益为22 dB。

多端I/O系统用BiCMOS连线逻辑电路

为了满足数字通信和信息处理系统多端输入/输出(I/O)、高速、低耗的性能要求,笔者设计了几例BiCMOS连线逻辑电路,并提出了采用0.5 ?m BiCMOS工艺,制备所设计的连线逻辑电路的技术要点和元器件参数.所做实验表明了设计的连线逻辑电路既具有双极型逻辑门电路快速、大电流驱动能力的特点,又具备CMOS逻辑门低压、低功耗的长处,而且其扇入数可达3~16,扇出数可达1~18,因而它们特别适用于多端I/O高速数字通信和信息处理系统中.

BiCMOS器件应用前景及其发展趋势

为拓宽混合微电子技术研发思路和加大其工程应用力度,综述了BiCMOS器件的发展概况、基本结构、技术特点和应用领域以及目前达到的技术水平,并简述了BiCMOS技术的典型工艺和已获得的研究成果,讨论了BiCMOS电路未来的发展趋势和市场前景。

一种1.8ppm/℃曲率补偿BiCMOS带隙基准源

介绍了一种基于BiCMOS工艺的新型温度补偿技术。该技术充分利用了PN结反向饱和电流是温度敏感函数的特性，使用简单的电路结构，达到了很好的温度特性和电源抑制性能。该电路结构产生的带隙基准电压在-40～125℃范围内使用HSPICE进行仿真，得到的温度系数仅有1．8ppm／℃。

采用输入信号适配技术的BiCMOS运放

为了满足高性能开关电源中集成运放的应用需要,设计了一种结构简单且具有轨对轨输出的运算放大器。该运放基于0.5μm BiCMOS工艺,采用浮动输出的输入信号适配器(ISAFO),将输入信号放大至差分输入级的工作区域,从而实现了轨对轨的运行。对所设计的运放进行了仿真分析,结果表明在工作电源电压为±0.75 V、外接100 kΩ电阻的条件下,该运放的直流开环增益达到了102 dB,单位增益-带宽为6.35 MHz,相位裕度为62.5°,而功耗仅约为150μW。所设计的运放具有很宽的共模输入范围及较高的增益,所以特别适用于开关电源的误差放大器、过流、过压和过热保护模块中。

一种基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的X/Ku波段数字有源移相器

提出了一种用于X／Ku波段相控阵天线系统、带数字控制电路的4位有源移相器。该移相器采用两个相位正交的输入信号的相位内插技术来合成所需要的相位。基于JAZZO．18μmSiGeBiCMOS工艺技术，采用CadenceSpectreRF，对电路系统进行仿真分析。仿真结果为：S11小于-10dB，S2z小于-11dB，S12小于-90dB，在12GHz处，所有4位相位状态的电压增益范围都是20．80~23．57dB，在整个频段内，电压增益误差的RMS小于1．1dB，噪声系数为2．82～4．45dB。在7～18GHz内，相位误差的RMS小于4°。

SiGe BiCMOS线性器件脉冲激光单粒子瞬态效应研究

验证SiGe BiCMOS工艺线性器件的单粒子瞬态(Single Event Transient, SET)效应敏感性,选取典型运算放大器THS4304和稳压器TPS760进行了脉冲激光试验研究。试验中,通过能量逐渐逼近方法确定了其诱发SET效应的激光阈值能量,并通过逐点扫描的办法分析了器件内部单粒子效应敏感区域,并在此基础上分析了脉冲激光能量与SET脉冲的相互关系,获得了单粒子效应截面,为SiGe BiCMOS工艺器件在卫星电子系统的筛选应用以及抗辐射加固设计提供数据参考。

用0.8μm工艺技术设计的65-kb BiCMOS SRAM

设计了一种65-kb BiCMOS静态随机存取存储器(SRAM)的存储单元及其外围电路,提出了采用先进的0.8mm BiCMOS工艺,制作所设计SRAM的一些技术要点。实验结果表明,所设计的BiCMOSSRAM,其电源电压可低于3V,它既保留了CMOS SRAM低功耗、高集成密度的长处,又获得了双极型(Bipolar)电路快速、大电流驱动能力的优点,因此,特别适用于高速缓冲静态存储系统和便携式数字电子设备中。

一种改进的BiCMOS工艺欠压锁存电路的设计

针对DC-DC电源管理芯片中所必需的欠压锁存功能,利用带隙基准电压源的原理,提出一种新的改进的UV-LO(欠压锁存)电路的设计,实现了欠压锁存的阈值点和迟滞量,成功地实现了欠压锁存电路的预定功能。基于0.6μm BiC-MOS工艺,HSpice软件仿真的结果表明所设计的UVLO电路具有结构简单、温度漂移小、功耗低等特点,性能有很大改善,满足了芯片的需要。

一种BiCMOS过温保护电路

在分析现有过温保护电路的基础上,针对它们电路结构复杂、功耗较高、工作电压高等缺点提出了一种用于集成电路内部的采用BiCMOS工艺的过温保护电路,电路结构简单、功耗较低、工作电压低、抗干扰能力强,对温度的迟滞特性避免了热振荡对芯片带来的危害。采用0.6μmBiCMOS工艺的HSPICE仿真结果表明,该电路对因电源电压、和工艺参数变化而引起的温度迟滞特性的漂移具有很强的抑制能力。

宽电压A/D、D/A转换器用BiCMOS工艺技术研究

研究和开发了一种用于宽电压A/D、D/A转换器的BiCMOS工艺。利用相关晶体管原理和公式,计算出工艺参数,再用TSUPREM4和MEDICI软件,进行工艺和器件仿真,得出精确的工艺参数。流片后对所有器件进行了测试,结果表明,开发的工艺完全符合设计要求。用此工艺制造的A/D、D/A转换器产品,其性能符合设计指标。

一种多模多频无线收发器前端SiGe BiCMOS低噪声放大器

基于IBM0.18μm SiGe BiCMOS工艺,提出了一种应用于2.4～2.5GHz802.11b/g频段的低噪声放大器(LNA)。电路采用全差分发射极电感负反馈共射共基(Cascode)结构,对称电感有效地降低了芯片面积,优化了电路性能。仿真结果表明:该电路在2.4GHz到2.5GHz频率范围内,增益(S21)达到25dB,噪声系数(NF)小于1.5dB,大幅度提高了收发机系统的性能。此外,输入和输出匹配(S11,S22)分别达到-15dB,1dB压缩点大于-25dBm。电源电压为2.5V时电路总电流为3mA。

集成的BiCMOSDC/DC开关电源控制器输出驱动电器的低功耗设计

为使 DC/DC开关电源的功率开关管及时地导通或截止 ,需要设计专用的输出驱动电路。基于整个开关电源系统低功耗的考虑 ,开关电源可以采用同步整流的拓扑结构[1] 。该拓扑结构需要一个电压自举的输出驱动电路。本文首先提出了一种有自举功能的 Bi CMOS工艺的输出驱动电路 ,在此基础上 ,采用电流源和电流沉串联的方式改进了前面提出的输出驱动电路。通过消除 CMOS电路的瞬态短路导通现象 ,不仅降低了该电路模块的功耗 ,而且起到了保护的作用。经 HSPICE模拟表明 :开关电源的输入电压 Vin为1 0 V控制器内部电压 [VL]为 5V,开关频率为 2 0 0 k Hz时 ,改进驱动电路的功耗降低了约 1 1 .5% ,同时避免了瞬态短路导通现象。