一种低附加相移多通道宽带R组件的设计与实现

相控阵雷达接收机常使用数控衰减器对接收增益进行控制,用以扩展接收机的动态范围。在不同衰减情况下需要保证各通道间的相位一致性,这就要求数控衰减器具有较低的附加相移。文章设计并制作了一款工作在6~18 GHz的低附加相移多通道宽带接收组件。该组件噪声系数小于3.8 dB,通道增益36±2 dB。每个通道内包含6位数控衰减器,附加相移小于±5°。

一种L波段的高精度低附加相移的2位MMIC数控衰减器

本文设计了一种集成了电平转换驱动电路的DC~2GHz的高精度低附加相移的2位MMIC数控衰减器。分析了两种传统的开关型的T型和∏型衰减器的拓扑结构[1],通过对传统T型和∏型衰减器架构的改进,实现在DC~2GHz的高精度低附加相移的2位MMIC数控衰减器。该基于GaAs工艺的2位数控衰减器,芯片版图面积为1.38mm^(2),仿真结果表明,该衰减器在DC~2GHz频段范围内的插入损耗为0.93dB,30dB的绝对衰减误差<0.28dB,32dB的绝对衰减误差<0.23dB,3态的回波损耗均小于18.8dB,30dB的衰减附加相移为0度,32dB衰减附加相移小于0.34度,电平转换驱动电路可实现输出一对41uV、4.99V电平。

一款BiCMOS工艺的低附加相移衰减器

采用0.18μm BiCMOS工艺,设计了一款工作频率为17~42 GHz的5位低附加相移、超宽带衰减器。小衰减单元采用简化的T型衰减结构,大衰减单元采用π型衰减结构,且每个衰减单元均采用电容和电阻并联的方式对附加相移进行补偿。测试结果表明,在17~42 GHz频带范围内,该衰减器的衰减动态范围为0~20 dB,衰减步进为0.5 dB,衰减误差均方根小于0.5 dB,附加相移为-1.25°~1.00°,芯片尺寸为220μm×95μm。

幅度校准功能的低附加相移数控衰减器

提出了一种可用于Ka波段相控阵系统的高精度低附加相移五位数控衰减器(Digital Controlled Attenuator,DCA)。该DCA采用了嵌入式开关的T型、简化T型和Π型三种衰减结构设计基本衰减单元,实现了15.5 dB的衰减动态范围和0.5 dB的最小衰减步进。幅度校准技术被用于信号通路中,可有效降低由工艺波动引起的衰减幅度误差增大问题,增强了电路设计的鲁棒性。同时,在T型和Π型衰减结构中采用电容补偿技术提高其高频衰减性能,实现低附加相移。基于65 nm CMOS工艺,对所提出的DCA进行了优化仿真、流片与测试验证。芯片核心尺寸为500µm×150µm。测试结果表明:在25~35 GHz频带范围内,参考态插入损耗为6.54~8.6 dB,32衰减态对应的输入/输出回波损耗优于-15 dB,幅度误差RMS和相位误差RMS分别为0.12~0.26 dB和1.02°~2.07°。

高精度、低附加相移数控衰减器设计

采用0.13μm双极的互补金属氧化物半导体(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor,BiCMOS)工艺,设计了一款高精度、低附加相移的6位数控衰减器。电路采用6个基本衰减单元级联组合的方式,通过控制各衰减单元的工作状态,实现64个衰减状态。衰减器衰减步进为0.5 dB,最大衰减量为31.5 dB。仿真结果表明,衰减误差均方根小于0.22 dB,附加相移小于±3°,插入损耗小于8.2 dB,回波损耗小于-20 dB,芯片尺寸为750μm×500μm。

(10~20)GHz低附加相移数控衰减器设计

基于GaAs 0.25μm pHEMT工艺,设计一款高精度、低附加相移数控衰减器。该低附加相移数控衰减器由6位衰减单元级联组成,衰减范围为(0~31.5)dB,步进为0.5 dB。在(10~20)GHz工作频率范围内,衰减器插损小于4.8 dB,所有衰减状态衰减精度不大于±0.5 dB、附加相移不大于±3°,输入驻波系数不大于1.4,输出驻波系数不大于1.5。

24～30 GHz高精度低附加相移数控衰减器

基于0.18μm CMOS工艺,设计并实现了一种5位高精度低附加相移数控衰减器。该衰减器的衰减动态范围为15.5 dB,步进为0.5 dB。采用了T型衰减结构和SPDT型衰减结构的衰减网络。采用了悬浮栅和悬浮衬底,提高了衰减精度,减小了插入损耗。采用了相位补偿网络,有效降低了衰减器的附加相移。测试结果表明,在24~30 GHz频带范围内,衰减步进为0.5 dB,插入损耗小于8 dB,衰减误差均方根(RMS)小于0.45 dB,附加相移小于±5°。芯片尺寸为1.2 mm×0.3 mm。

超低附加相移0.5GHz～18GHz六位数控衰减芯片设计

在简要介绍MMIC技术的基础上论述了使用ADS仿真软件设计超低附加相移0.5GHz～18GHz六位数控衰减芯片的方法。该衰减芯片由相对独立的六位衰减单元级联而成,在0.5GHz～18GHz频带范围内,插入损耗小于5dB,衰减精度不大于±(0.2+10%A)dB;步进为0.5dB;驻波不大于1.5;附加相移不大于±3.5°;电路芯片尺寸为2.4mm×1.2mm×0.1mm。采用TTL电平逻辑控制,开关速度小于20ns。芯片背面既是直流地也是射频地,可广泛用于相控阵系统。

28 GHz CMOS可变增益双向有源移相器设计

基于65 nm CMOS工艺设计了一种可用于5G毫米波相控阵系统的可变增益双向有源移相器。该移相器采用二阶多相滤波器产生正交信号,利用矢量调制器实现移相和增益调节,利用开关切换信号传递方向。矢量调制器前级采用吉尔伯特单元对正交信号调幅实现360°移相,后级采用基于交叉耦合结构的可变增益放大器实现低附加相移的增益调节。后仿真结果表明,RMS相位误差小于-3.4°(TX)和-4.2°(RX),RMS增益误差均小于0.5 dB,增益调节范围为11.25 dB,产生的附加相位变化小于±3°(TX)和±1.6°(RX),移相模块的功耗为8.5 mW。

S频段500 W高稳相固态功放设计

介绍了一种S频段500 W高稳相固态功放的工程实现。根据实际工程需求,采用4片功率芯片进行大功率合成,在2025 MHz~2120 MHz频率范围内实现输出功率大于600 W的固态功率放大器。采用了低附加相移电路设计、微波板材模块化设计、功率回退等措施,实现了在0℃~30℃的环境温度条件下,输出功率在1 W~500 W功率范围内,功放输出端相位变化小于11.5°,满足了厘米级扩频测控系统对S频段固态功放的工程技术要求。

0~21 GHz高精度宽带硅基数字衰减器设计

针对射频前端收发系统中衰减结构宽带性能不稳定的问题,提出具有双重电容补偿的新型开关内嵌式衰减结构。该结构基于容性校正网络,在节约核心电路面积的同时通过调节零、极点对频率响应的影响,达到拓展衰减单元工作频带的目的,以满足跨频段、宽频域射频通信收发前端的设计需求.基于HHNEC 0.18μm SiGe BiCMOS工艺,采用新型电容补偿结构设计6位步进式数字衰减电路,该衰减器通过6位数控开关实现64种衰减状态,衰减步进0.5 dB,衰减范围0~31.5 dB.仿真结果表明,在0~21 GHz工作频带内衰减误差均方根小于0.23 dB,附加相移均方根小于4.38°,插入损耗最大为−11.05 dB,最小为−4 dB,中心频率处1 dB压缩点17.3 dBm,核心电路版图面积0.86 mm×0.2 mm.

集成多功能MMIC电路设计

论述在2~6 GHz频段内集成六位低附加相移数控衰减、一级放大及均衡的多功能电路设计方法,简要介绍此多功能电路的应用需求,利用ADS协同仿真设计该电路。测试结果表明在2~6 GHz频段内电路实现:增益4.5 dB@2 GHz,8.5 dB@6 GHz,自带4 dB的均衡量;6位衰减,0.5 dB步进,衰减精度≤±(0.2+10%Ai)dB,附加相移≤±8°;驻波≤1.5;1 dB压缩点输出功率大于12 dBm,对应工作电流31 mA@5 V。电路尺寸为:3 mm×1 mm×0.1 mm。

一款DC~40 GHz六位数控衰减器芯片设计

针对微波通信等领域的整机系统对超宽带数控衰减器的需求,采用GaAs pHEMT 0.15μm工艺研制了一款DC~40 GHz带数字驱动的6位数控衰减器芯片。衰减器电路采用6个基本衰减单元级联结构,每个衰减单元采用合适的电路拓扑,通过合理优化后,实现了低插入损耗、高衰减精度、低衰减附加相移和小尺寸的目标。由芯片在片测试结果可知,插入损耗小于6.5 dB,输入输出电压驻波比小于1.8:1,均方根衰减精度(64态)小于0.8 dB,全态衰减附加相移小于±10°,静态功耗为3 mA@-5 V,芯片尺寸为2.08 mm×1.1 mm×0.1 mm。