GaAs微波单片集成电路(MMIC)的可靠性研究

本文介绍了GaAsMMIC的可靠性研究与进展 ,重点介绍了工艺表征工具 (TCV)、工艺控制监测 (PCM )和统计工艺控制 (SPC)等实现产品高质量、高可靠性和可重复性的可靠性保障技术 ,为国内GaAsMMIC可靠性研究提供了新的思路。

MMIC——单片式微波集成电路

本文简单介绍ＭＭＩＣ——单片式微波集成电路及其应用。

MMIC-单片式微波集成电路

本文介绍MMIC-单片式微波集成电路及其应用。

宽带低噪声放大器单片微波集成电路

从行波放大器设计理论出发，研制了一款基于低噪声GaAs赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺设计的2～20GHz单片微波集成电路（MMIC）宽带低噪声放大器。该款放大器由九级电路构成。为了进一步提高放大器的增益，采用了一个共源场效应管和一个共栅场效应管级联的拓扑结构，每级放大器采用自偏压技术实现单电源供电。测试结果表明，本款低噪声放大器在外加＋5V工作电压下，能够在2～20GHz频率内实现小信号增益大于16dB，增益平坦度小于士0．5dB，输出P-1dB大于14dBm，噪声系数典型值为2．5dB，输入和输出回波损耗均小于-15dB，工作电流仅为63mA，低噪声放大器芯片面积为3．1mm×1．3mm。

MMIC单片微波集成电路的原理及应用

介绍了MMIC单片微波集成电路的特点和分类 ,分析了其内部电路原理 ,列举了几种常用的MMIC的性能指标 ,给出了典型应用电路 ,最后就使用中的问题提出了几点建议。

单片微波集成电路的技术进展

根据从１９９６年国际微波会议和微波与毫米波单片集成电路会议上了解的情况。

单面单片微波集成电路版图的计算机辅助设计

本文介绍了一种快速实现单面单片微机微波集成电路（ＭＭＩＣ）布图的计算机辅助设计系统。系统原程序用Ｃ语言编写，在ＩＢＭ－ＰＣ机上运行通过。实现单面电路所需的大量集总元件和共面元件可由系统直接计算和生成，且允许用户自定义元器件。文中还给出了单面ＭＭＩＣ版图设计实例．

国产GaAs微波单片集成电路的氢中毒效应

对基于GaAs异质结外延材料、0.15μm PHEMT工艺制造的国产低噪声放大器(LNA)和驱动放大器(DA)各3种型号的GaAs微波单片集成电路(MMIC)进行了温度为150℃、H2体积分数为2%、时间为100 h的氢气氛暴露试验。试验结果表明,低噪声放大器和驱动放大器对氢气氛较为敏感,试验后线性增益、1 dB压缩点输出功率和驱动电流均发生了不同程度的退化,表现出氢中毒效应。在试验过程中,一种型号的低噪声放大器的驱动电流表现出先小幅度波动后快速下降,最终稳定基本不再变化的趋势。对GaAs MMIC发生氢中毒的作用机理进行了详细地探讨和分析,认为H原子引起载流子浓度的减少和肖特基肖势垒高度的改变是导致参数退化的主要原因。最后,给出了几种降低电路因氢气氛暴露所引起的可靠性风险的方法。

微波单片集成电路放大器的全局电磁仿真

发表了利用矩量法对含有有源器件的单片微波集成电路放大器进行全局电磁仿真的方法。对于共面波导运用对偶原理和矩量法进行仿真后，对单面单片微波集成电路放大器也可进行全局电磁仿真。

可变增益的功率放大器单片微波集成电路

根据电压控制增益电路理论及放大器设计原理，设计制作了一种基于GaAs工艺的可变增益功率放大器单片微波集成电路（MMIC）。采用电路仿真ADS软件进行了原理图及版图仿真，研究了增益控制电路在放大器中的位置对性能的影响。最终实现了在6～9GHz频率范围内，1dB压缩点输出功率大于33dBm，当控制电压在-1～0V之间变化时，放大器的增益在5～40dB之间变化，增益控制范围达到了35dB。将功率放大器与增益控制电路制作在同一个单片集成电路上，面积仅为3．5mm×2．3mm，具有灵活易用、集成度高和成本低的特点，可广泛应用于卫星通信和数字微波通信等领域。

单片微波集成电路工艺技术

单片微波集成电路(MMIC)由于近几年来工艺技术上的突破,正成为MIC中发展最快和最有前途的重要分支。其产品已由实验室走向生产,并在各领域得到广泛应用。本文对近年来MMIC工艺技术上的进展作一简述。

X波段GaAs MMIC低噪声放大器设计研究

文章针对雷达和卫星通信等微波系统需求,设计一种X波段GaAs单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)低噪声放大器。该电路为两级放大器级联结构,采用自偏置电路结构,实现单电源3.5 V供电。通过电感峰化和宽带匹配等技术实现X波段的工作频率全覆盖,并实现较低的噪声系数。测试结果表明,在8~12 GHz频率范围内,低噪声放大器功率增益大于23 dB,噪声系数小于1.7 dB,输出1 dB压缩点功率大于13 dBm。

2～35 GHz单片微波集成功率检测电路

设计了一种2~35 GHz单片集成功率检测电路。采用Ga As增强/耗尽（E/D）赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺,研制出将功率检波器与电压比较器及输出驱动器单片集成的功率检测电路。采用肖特基二极管实现功率检波器;采用直接耦合场效应晶体管逻辑结构（DCFL）实现电压比较器及输出驱动器。实验结果显示,功率检测单片微波集成电路（MMIC）在输入功率大于3 d Bm条件下输出逻辑电平翻转,从而实现功率检测与指示。功率检测电路芯片在5 V下的静态电流为2 m A,输出高电平电压4.9 V,低电平电压0 V,在2~35 GHz工作频带输入驻波比小于1.5,芯片尺寸为0.65 mm×1.1 mm,此款芯片可广泛应用于接收机、发射机及测试测量仪器中。

一种X波段150W紧凑型功率放大器MMIC

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功率分配/合成、阻抗变换和谐波调谐等功能,并通过多电容串联提高了击穿电压,增强了电路的鲁棒性;优化了版图布局,末级HEMT采用两两共地,并利用片上电感以缩短栅极偏置线,减小了芯片面积。最终,实现了饱和输出功率大于150 W、功率附加效率大于40%、功率增益大于22 dB的X波段功率放大器MMIC,其尺寸为3.8 mm×5.3 mm。该功率放大器MMIC可广泛应用于通信领域。

GaN功率放大器MMIC的近结区热阻解析模型

GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)的热积累问题是制约其进一步高度集成和大功率化应用的主要技术瓶颈,针对该散热问题,提出了GaN功率放大器MMIC的近结区热阻解析模型。在简单多层叠加的热阻解析模型的基础上,细化至芯片的近结区域,引入了位置矫正因子矩阵和耦合系数矩阵,并通过加栅窗的方式建立了芯片近结区的热阻解析模型。该模型考虑了GaN功率放大器MMIC的特点以及衬底的晶格热效应,可以更准确地表征芯片结温。采用红外热成像仪对6种GaN功率放大器MMIC在不同工作条件下进行了热测试,对比仿真和测试结果发现,解析模型的结温预测误差在10%以内,说明该模型可以准确地表征GaN功率放大器MMIC的热特性,进而用于优化和指导电路拓扑设计。

一种V波段高效率5W GaN功率放大器MMIC

基于0.13μm SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计了一款V波段GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。该功率放大器MMIC采用三级放大拓扑结构以满足增益需求;使用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配,通过威尔金森功分器/合成器完成功率放大器的末端功率合成;通过对晶体管宽长比的设计与多胞晶体管的合成,实现了功率放大器的高功率稳定工作和高效率输出。经过测试,在59~61 GHz频率范围内,在占空比为20%、脉宽为100μs时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到37 dBm以上,功率附加效率(PAE)大于21.1%,功率增益大于17 dB;连续波测试条件下输出功率大于36.8 dBm, PAE大于21%。该设计在输出功率和PAE上具有一定的优势。

微波、毫米波GaN HEMT与MMIC的新进展

综述了近几年微波、毫米波氮化镓高电子迁移率晶体管(Ga N HEMT)与单片微波集成电路(MMIC)在高效率、宽频带、高功率和先进热管理等方面的应用创新进展。介绍了基于Ga N HEMT器件所具有的高功率密度和高击穿电压,采用波形工程原理设计的各类开关模式的高效率功率放大器,以及基于Ga N HEMT器件的高功率密度、高阻抗的特点与先进的宽带拓扑电路和功率合成技术相结合的宽频带和高功率放大器。详细介绍了微波高端和毫米波段的高效率、宽频带和高功率放大器,多功能电路和多功能集成的Ga N MMIC。最后阐述了由于Ga N HEMT的功率密度是其他半导体器件的数倍,其先进热管理的创新研究也成为热点。

一种高线性度的单片集成电调衰减器

本文设计了一款GaAs PHEMT微波单片集成电调衰减器,该电路设计采用T型衰减器的拓扑结构,对电调衰减器的线性度进行了专门设计。针对电调衰减器的线性度进行分析,提出了一种有着更小的电阻变化率的FET管,提高了输入三阶交调截取点。采用中国电科第十三研究所0.25μm GaAs PHEMT工艺进行了仿真和流片,测试结果表明,在频率0.05~3 GHz内,衰减动态范围大于25 dB,输入三阶交调截取点大于30 dBm。该款微波单片集成电调衰减器设计达到了预期性能,并实现了高线性度的目标。

X波段平衡式限幅低噪声放大器MMIC

为满足接收机的小型化需求,基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款用于8~12 GHz的平衡式限幅低噪声放大器(LNA)单片微波集成电路(MMIC)。将Lange电桥、限幅器、LNA集成在同一衬底上,Lange电桥采用异形设计,芯片比传统尺寸降低30%以上;限幅器级间采用电感匹配结构,提升MMIC的工作带宽;LNA采用并联负反馈、源极电感负反馈以及电流复用拓扑结构,实现超低功耗和良好的稳定性。芯片采用整体最优化设计,在片测试结果表明,在工作频带内,限幅LNA MMIC芯片的增益为(25±0.2)dB(去除1 dB斜率),噪声系数小于1.6 dB,总功耗小于100 mW,耐功率大于46 dBm,该芯片尺寸为2.8 mm×2.4 mm,充分体现了集成工艺的性能和尺寸优势。

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。