DC～20GHz GaAs PHEMT超宽带低噪声放大器

采用0.15μm GaAs PHEMT工艺,设计了一款DC～20 GHz宽带低噪声放大器,可作为驱动放大器用于光纤通信或作为宽带增益模块用于测试及测量系统中。电路采用分布式放大器结构,单节采用共源共栅的结构形式实现,其与共源结构相比,拥有较低的栅-漏反馈电容和较高的输出并联电阻,使电路具有较宽的频带、较高的增益和较高的线性度等特点。电路采用+8 V电源供电,将芯片及外围器件进行模块化封装后,易于测试和使用。经过实测,带内的典型噪声系数为3 dB,小信号增益达到14 dB,输入回波损耗低于-14 dB,输出回波损耗低于-17 dB,1 dB增益压缩输出功率达到16 dBm。芯片尺寸为3.12 mm×1.574 mm。

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。

Ku波段PHEMT单片低噪声放大器的设计与实验

通过分析微波单片集成电路（MMIC）与常用的微波立体电路的不同点，讨论了采用通用的微波电路软件进行MMIC精确设计的有效途径．着重分析了在软件中如何建立三类MMIC用元件（有源器件、无源元件及由MMIC工艺决定的特有图形元件）电路模型的方法借助这一分析，使用通用的微波电路软件，完成了Ku波段两级AlGaAs／InGaAsPHEMT单片低噪声放大器的设计与研制，取得了与CAD设计值十分相近的实验结果：在13．4～14．0GHz的频率范围内，噪声系数（NF）1．66±0．04dB，相关增益（Ga）13．3±0．05dB。

9～15 GHz GaAs E-PHEMT高性能线性功率放大器

基于0.15μm GaAs增强型赝配高电子迁移率晶体管(E-PHEMT)工艺,研制了一款用于5G通信和点对点传输的高性能线性功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。采用栅宽比为1∶4.4的两级放大结构保证了电路的增益和功率指标满足要求;基于大信号模型实现了最优输入输出阻抗匹配;采用电磁场仿真技术优化设计的MMIC芯片尺寸为2.5 mm×1.1 mm。芯片的在片测试结果表明,静态直流工作点为最大饱和电流的35%、漏压为5 V的条件下,在9~15 GHz频率内,MMIC功率放大器小信号增益大于20 dB,1 dB压缩点输出功率不小于27 dBm,功率附加效率不小于35%,功率回退至19 dBm时三阶交调不大于-37 dBc。

带有小型化Balun的C波段单片GaAs pHEMT单平衡电阻性混频器

本文介绍了一种带有小型化无源Balun的C波段单片GaAs pHEMT单平衡电阻性混频器。Balun采用集总一分布式结构，使其长度与常用2／4耦合线Balun相比缩小了11倍，大大降低了将无源Balun应用于C波段单片集成电路中所需的芯片尺寸。混频器采用单平衡电阻性结构，在零功耗的情况下实现了良好的线性和口间隔离性能。测试结果显示，在固定中频160MHz，本振输入功率0dBm条件下，在3．5～5GI-IzRF频带内，最小变频损耗为8．3dB，1dB压缩点功率为8．0dBm，LO至Ⅲ之问的隔离度为38dB。

GaAs PHEMT工艺V波段有源二倍频器MMIC

基于标准GaAs赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺,设计了一个输出频率在V波段的有源二倍频器单片微波集成电路（MMIC）,实现了高输出功率和良好的谐波抑制特性。芯片内部集成了180°马逊巴伦、对管变频和输出功率放大器等电路。重点优化设计了马逊巴伦的版图结构,在宽带内具有良好的相位和幅度特性;分析了对管变频结构电路的原理,确定其最佳工作电压在压断电压附近;设计了V波段两级放大器电路,对带内信号放大的同时抑制了带外谐波信号,提高了整个倍频器的输出功率。芯片采用微波探针台在片测试,在外加3.5 V电源电压下的工作电流为147 mA;输入功率为14 dBm时,在55-65 GHz输出带宽内的输出功率为13 dBm;带内基波抑制大于20 dBc,芯片面积为2.1 mm×1.3 mm。此倍频器MMIC可应用于V波段通信系统和微波测量系统。

一款GaAs PHEMT超宽带无源双平衡混频器MMIC

混频器是微波系统关键部件之一。微波通信系统的宽带化和小型化发展趋势对混频器性能提出更高要求。基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款超宽带无源双平衡混频器单片微波集成电路(MMIC)。该混频器采用环形肖特基二极管结构和两个新颖的螺旋式平行耦合微带线巴伦结构,大大提高了混频器工作带宽,减小了芯片尺寸,提高了本振(LO)到射频(RF)端口的隔离度。在片探针测试结果显示该芯片在上、下变频模式下RF和LO工作频率均为2~22 GHz,中频工作频率为0~4 GHz,变频损耗≤11.5 dB,LO到RF端口隔离度≥37 dB,LO输入功率为15 dBm。芯片尺寸为1.7 mm×1.0 mm。

功率PHEMT器件大信号建模

提出一种新的、可同时适用于GaAs、GaN基PHEMT/HEMT/HFET器件大/小信号等效电路模型。沟道电流模型方程连续、可导,可精确拟合实际器件正、反向区、截止区以及亚阈值区特性,且漏导精确,主结构跨导至少可精确拟合至3阶。电荷方程在实现连续、高阶可导且导数精确的基础上,满足电荷守恒规律。模型综合考虑了器件弱雪崩击穿以及热效应特性,对器件跨导频率分布效应也作了灵活的考虑。模型以Verilog-A语言描述,并开发为DesignKit形式嵌入ADS2005A中。给出了对一GaAs基PHEMT器件建模结果,从大/小信号测量和仿真对比结果来看,模型已有较好精度,可供实用。

0.15μm Y型栅高In沟道GaAs PHEMT低噪声器件设计

设计了一种GaAs PHEMT低噪声器件。通过电子束直写手段实现了0.15μm Y型栅,对栅型优化以减小器件栅电阻和栅寄生电容。采用高In含量的沟道设计以改善沟道电子输运特性,采用InGaAs/GaAs复合帽层以改善欧姆接触特性,并通过低噪声工艺流程制作了4×50μm GaAs PHEMT器件。测试结果表明,器件fT达到80GHz,在10GHz处最小噪声系数小于0.4dB,相关增益大于10dB。对于0.15μm栅长GaAs PHEMT器件来说,这是很好的结果。

兆声清洗在GaAs PHEMT栅凹槽工艺中的应用

对GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)在栅凹槽光刻和栅凹槽腐蚀过程中光刻窗口内经常出现的一些沾污颗粒进行了分析。设计了一系列实验来分析残留在芯片上的颗粒度参数,采用4英寸(1英寸=2.54 cm)圆片模拟实际的栅凹槽清洗工艺过程,利用颗粒度测试仪分别测试了4英寸圆片表面不同粒径的沾污颗粒数在喷淋和兆声清洗两种条件下的变化情况。比较两种清洗结果,兆声清洗方法可以有效去除栅凹槽颗粒沾污。在实际流片过程中,采用兆声清洗方法大幅降低了源漏间沟道漏电数值,同时芯片的直流参数成品率由之前的75%提高到了93%。

基于GaAs PHEMT工艺的超宽带多通道开关滤波器组MMIC

基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款超宽带7路开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片。芯片内集成了开关、驱动电路和带通滤波器,实现了开关滤波功能。开关采用反射式串-并联混合结构;译码器和驱动电路控制某一支路开关的导通或关断;带通滤波器由集总电感和电容组成。该开关滤波器组芯片通带频率覆盖0.8~18 GHz。探针测试结果表明,开关滤波器组芯片各个支路的中心插入损耗均小于8.5 dB,通带内回波损耗小于10 dB,典型带外衰减大于40 dB。为后续研发尺寸更小、性能更优的开关滤波器组提供了参考。

基于GaAs PHEMT工艺的60~90GHz功率放大器MMIC

研制了一款60~90 GHz功率放大器单片微波集成电路(MMIC),该MMIC采用平衡式放大结构,在较宽的频带内获得了平坦的增益、较高的输出功率及良好的输入输出驻波比(VSWR)。采用GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)标准工艺进行了流片,在片测试结果表明,在栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,功率放大器MMIC的小信号增益大于13 dB,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,功率放大器的小信号增益均大于15 dB。载体测试结果表明,栅极电压为-0.3 V、漏极电压为+3 V、频率为60~90 GHz时,该功率放大器MMIC饱和输出功率大于17.5 dBm,在71~76 GHz和81~86 GHz典型应用频段,其饱和输出功率可达到20 dBm。该功率放大器MMIC尺寸为5.25 mm×2.10 mm。

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GaAs pHEMT工艺的Ka频段双通道开关滤波器芯片

传统的毫米波开关滤波器组件通常基于分立器件或分立芯片,已无法满足快速发展的毫米波频段通信系统特别是5G通信系统的小型化、轻量化需求。为此,文中采用0.25μm GaAs pHEMT工艺,设计并实现了一款工作在Ka频段的双通道开关滤波器芯片。芯片内部集成了单刀双掷开关和梳状线型带通滤波器,相较于只使用ADS软件设计整个芯片,通过使用HFSS软件建立了更为准确的芯片衬底模型,并使用该模型对滤波器电路进行设计,提高了滤波器电路的仿真精度。最终,开关滤波器芯片的尺寸为3.3mm×2.6mm,测试结果显示:该芯片两个通道在通带内的插入损耗小于7dB,带内回波损耗优于15 dB,典型带外抑制优于35 dB,测试结果与仿真结果吻合较好。

0.8~2.7GHz GaAs PHEMT高线性驱动放大器

基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款0.8~2.7 GHz的高线性驱动放大器。电路放大部分采用多胞合成技术,避免了工艺对栅宽的限制,同时可以提升输入和输出阻抗。偏置电路采用带负反馈系统的有源镜像结构实现,与传统的有源偏置结构相比,引入一个负反馈系统,提高了驱动能力,使电路更加稳定。电路采用+5 V电源供电,静态工作电流为130 mA。该放大器在860~960 MHz、2.1~2.2 GHz和2.3~2.7 GHz性能良好,在2.6 GHz处的小信号增益为14.3 dB,1 dB压缩点输出功率(Po(1 dB))为28.4 dBm,Po(1 dB)处的功率附加效率为41.6%,输出三阶交调点为37.5 dBm。采用片外匹配,不仅节省芯片面积,还可以通过调整输入和输出匹配网络,满足5G基站等移动通信系统不同频段的应用需求。

Device Characteristics Comparison Between GaAs Single and Double Delta-Doped Pseudomorphic High Electron Mobility Transistors

The Al 0.24Ga 0.76As/In 0.22Ga 0.78As single delta-doped PHEMT (SH-PHEMT) and double delta-doped PHEMT (DH-PHEMT) are fabricated and investigated.Based on the employment of double heterojunction,double delta doped design,the DH-PHEMT can enhance the carrier confinement,increase the electron gas density,and improve the electron gas distribution,which is beneficial to the device performance.A high device linearity,high transconductance over a large gate voltage swing,high current drivability are found in DH-PHEMT.These improvements suggest that DH-PHEMT is more suitable for high linearity applications in microwave power device.

5G毫米波通信用低插损高隔离GaAs PHEMT单刀双掷开关

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,实现了一款用于5G毫米波通信的低插损高隔离单刀双掷(SPDT)开关芯片。为了降低插损,每个开关支路通过四分之一波长阻抗变换器连接到天线端,并通过优化传输线和器件总栅宽实现了良好的端口匹配;为了提高隔离度,采用了三并联多节枝的分布式架构形成高的输入阻抗状态,实现信号的全反射。芯片面积为2.1 mm×1.1 mm。在片测试结果显示,在24.25~29.5 GHz的5G毫米波频段内该SPDT开关实现了小于1.1 dB的极低插损和大于32 dB的高隔离度,1 dB压缩点输入功率大于26 dBm。

2.5Gbit/s PHEMT前置放大器噪声分析与验证

根据OMMIC公司通过测量得到的0.2μm GaAs PHEMT器件参数模型和噪声模型,设计了2.5Gbit/s的共源跨阻前置放大器.并根据PHEMT晶体管Y参数下的噪声模型,结合Y参数和ABCD参数下的噪声密度矩阵,分析了电路在带有晶体管噪声源情况下整个电路的噪声电压,得出了共源跨阻前置放大器等效输入噪声电流密度的理论公式.实现了芯片制作,并且对芯片进行了噪声参数的测量,测量结果、仿真结果和理论分析结论在6GHz的频率范围内基本符合.

沟道应力对GaAs PHEMT材料电性能的影响

设计并用分子束外延(MBE)法制备了不同沟道结构的GaAs PHEMT材料,采用高分辨率X射线双晶衍射仪(DCXRD)、应力测试仪和霍尔测试仪对样品的结晶质量、薄层组分和厚度偏差、应力以及电子迁移率进行了分析表征。探讨了外延片应力与沟道结构的相关性,研究了沟道失配应力对电性能的影响机理。建立了GaAs PHEMT材料热应力引起电子传输特性退化的试验方法,进行了高温和低温存储后材料电性能的演化行为测试,并归纳了热应力引起材料电特性退化的实验结果。结果表明GaAs PHEMT材料经高、低温存储并恢复室温后仍能保持原有电性能,沟道应力对材料电性能的影响主要表现为失配应力。

基于GaAs PHEMT工艺的Ka波段三通道开关滤波器

基于0.15μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款22~42 GHz的宽带三通道开关滤波器芯片。该开关滤波器由单刀三掷开关、带通滤波器、控制电路构成。开关采用场效应晶体管(FET)串并结合结构实现。带通滤波器采用梳状结构,一端加载金属-绝缘体-金属(MIM)电容实现。芯片集成了2∶4线译码器作为控制电路,实现通道的选择和切换。芯片尺寸为3.0 mm×2.4 mm×0.1 mm。测试结果表明,三个通道的插入损耗均小于8.5 dB,带内回波损耗均小于-10 dB,带外衰减均大于40 dB。该开关滤波器芯片具有插入损耗小、隔离度高、集成度高、阻带宽的特点。