高性能GaAs微波单片集成电路负阻压控带通有源滤波器

在前期对GaAs微波单片集成电路负阻压控带通有源滤波器进行理论及实验研究的基础上 ,针对国内工艺技术的特点 ,提出了提高其性能的电路结构及其设计技术 .该设计采用宽带放大器级联负阻压控带通有源滤波器 ,在输入端设计π型宽带匹配电路 ,并采用经实验验证和优化设计的平面压控变容管 .模拟结果表明 ,该压控带通滤波器性能优越 ,有 1 0dB以上插入增益 ,通带宽度约 30MHz ,调频范围宽约 4 0 0MHz ,工作于 1 .4 4～ 1 .82GHz.

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。

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。

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。

Si基微波单片集成电路的发展

随着半导体制造技术和材料技术的进步,Si基微波单片集成电路逐渐向高频、高线性、低噪声、低成本方向发展。介绍了近年国内外在Si基微波单片集成电路在制造工艺、电路结构和制作材料上的革新,阐述了三维Si微波单片集成电路技术、隔离槽技术、Si高阻衬底技术、SiGe技术等对Si基微波单片集成电路发展的影响,并列举了一些典型的应用。最后展望了Si基微波单片集成电路的发展前景。

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。

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。

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。

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。

1.1dB噪声系数的单片微波集成低噪声放大器

设计与实现了一款两级赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）单片微波集成电路（MMIC）低噪声放大器（LNA）。考虑到实际片上无源电感的性能（低Q值），最优噪声匹配往往不能获得最好的噪声性能，相反因为输入电感的存在会增加芯片的面积。设计旨在选择合适的输入晶体管，以免除输入电感的使用，减小芯片的面积。经过优化设计，芯片尺寸为o．8mm×0．8mm。测试结果表明，放大器在3．4～3．6GHz频段内实现了1．1dB的噪声系数以及25．8dB的小信号增益，带内回波损耗最大值为-16．5dB。在回波损耗小于-10dB的范围内，电路带宽拓展到2．8～4．7GHz，此时增益最小值为20dB，噪声最大值为1．3dB。

一种正电压控制的单片微波集成单刀双掷开关

设计了一款GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)单片微波集成正电压控制开关。该电路设计采用片上集成隔直电容,对传统负电压控制开关的拓扑结构进行改进。针对PHEMT开关低频(0.1 GHz)下1 dB压缩点输入功率(Pi(1 dB))陡降问题进行分析,提出了改进栅极输入阻抗的方法,有效提高了PHEMT开关低频下的Pi(1 dB)。采用中国电子科技集团公司第十三研究所0.25μm GaAs PHEMT工艺进行了仿真和流片,芯片的面积为1.0 mm×1.0 mm。测试结果表明,在频率为0.1~4 GHz内,插入损耗小于0.8 dB,隔离度大于42 dB,Pi(1 dB)大于15 dBm。控制电压为0 V/5 V。该款GaAs PHEMT微波单片集成正电压控制开关设计全部达到了预期性能,并实现了改善低频下的Pi(1 dB)的目标。

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。

基于负阻MMIC的新型VCO研制

提出了一种基于负阻单片微波集成电路的新型压控振荡器(VCO)的设计方法,即负阻电路采用GaAs HBT工艺设计流片,调谐选频电路采用薄膜混合集成工艺制作。利用微封装技术将二者结合构成完整的VCO。这种新型VCO既具有单片微波集成电路的小型化、低成本的优势,又保持了薄膜混合集成电路可灵活调试的特性。通过设计流片数款在不同频段的负阻单片微波集成电路,可完成频率1～18 GHz、小型化、系列化VCO的研制。X波段宽带VCO的实测结果显示,当电调电压在2～13 V变化时输出频率覆盖8～12.5 GHz,调谐线性度为2∶1,电调电压5 V时相位噪声为-96 dBc/Hz@100 kHz。

2～ 8 GHz微波单片可变增益低噪声放大器

报道了一种微波宽带 Ga As单片可变增益低噪声放大器芯片。该芯片采用南京电子器件研究所 76mm圆片 0 .5μm PHEMT标准工艺制作而成。工作频率范围为 2～ 8GHz,在零衰减时 ,整个带内增益大于 2 5d B,噪声系数最大为 3 .5 d B,增益平坦度小于± 0 .75 d B,输入驻波小于 2 .0 ,输出驻波小于 2 .5 ,输出功率大于 1 0d Bm。放大器增益可控大于 3 0 d B。实验发现 ,芯片具有良好的温度特性。该芯片面积为 3 .6mm× 2 .2 mm。

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。

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。

单片全集成信道技术简述

数字化单片全集成是信道技术发展的必然趋势,也将推动新一代作战平台进一步小型化、轻薄化及多功能集成化。该文介绍了单片全集成信道技术概念及关键构成;综述并对比了单片全集成信道技术在模拟前端与数字信道两个方面国内、外的发展现状与最新进展;总结了信道技术在未来作战平台应用需求下的发展趋势。

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。

Ku波段镜像抑制混频多功能MMIC芯片设计

设计了一款12~16 GHz低噪声、高镜频抑制下变频混频多功能单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)芯片,电路基于先进化合物半导体工艺制成,集本振驱动放大器、低噪声放大器及正交双平衡混频器于一体,射频(Radio Frequency,RF)频段覆盖12~16 GHz,中频(Intermediate Frequency,IF)工作范围为2~3.5 GHz,芯片面积约为6 mm^(2),实现了高集成度。芯片实测结果表明,在工作频带内,当本振信号输入为0 dBm、射频信号输入为-20 dBm时,噪声系数小于1.5 dB,变频增益典型值为14 dB,镜像抑制大于30 dB。该芯片整体结构紧凑,具有低噪声、高镜频抑制以及高隔离度等良好性能,非常适合应用于接收前端。

一款超宽带GaAs单片数字移相器

分析了单片数字移相器的移相原理，详细介绍了每一个基本移相位的设计方法及结构，基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺技术设计并制作了一款超宽带6bit数字移相器。采用ADSMomentum微波设计环境进行了电路仿真，在中国电子科技集团公司第十三研究所的GaAs工艺线上进行了工艺流片并进行了在片测试。测试结果表明，6bit数控移相器在工作频率为8—12GHz时，主要移相态的均方根相位误差（RMS）值小于2．0°，回波损耗小于一11dB，插入损耗为8．0～9．5dB，插损波动为-0．5～0．8dB，控制电压为-5V／0V。6bit数字移相器的电路尺寸为4．1mm×1．5mm，并行输入控制信号，其有效工作带宽达到了40％。