2~6GHz高性能开关滤波器组MMIC

基于0.25μm GaAs E/D赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计了一款2~6 GHz开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片。片上集成了8路带通滤波器、输入、输出单刀八掷(SP8T)开关、3-8译码器和驱动器。通过输入、输出SP8T开关进行通道选择,采用三串两并结构,提高了通道间隔离度。带通滤波器组采用多级LC谐振器实现,最小、最大相对带宽分别为18%和100%,可用于宽带及窄带滤波器设计,具有通带插入损耗小,阻带抑制度高等优点。末级级联低通滤波器,实现远端寄生通带抑制大于35 dBc。在片探针测试结果显示,该开关滤波器组芯片在2~6 GHz频率范围内,每个带通滤波器的插入损耗均小于8.5 dB,阻带衰减为40 dB。该芯片具有通道多、功能复杂、集成度高的特点,可应用于宽带雷达系统进行频率预选。

一种超小型DC^18 GHz MMIC 6 bit数字衰减器

微波单片集成电路(MMIC)数字衰减器的尺寸是芯片成本最主要的决定因素。基于GaAs E/D PHEMT工艺,研制了一款超小型DC^18 GHz 6 bit数字衰减器,芯片上集成了4 bit反相器。重点介绍了数字衰减器拓扑结构的改进及反相器的逻辑单元等电路设计的关键点。通过在衰减器拓扑中共用接地通孔、合并两个小衰减位、缩小微带线宽度和线间距、缩小薄膜电阻尺寸、减少控制电压压点个数,实现了芯片的超小型化,从而降低了MMIC数字衰减器的成本。测试结果表明,在DC^18 GHz频段内,数字衰减器的插入损耗小于6 d B,全态输入输出驻波比(VSWR)小于1.6,全态均方根误差小于0.7 d B,工作电流小于5 m A。数字衰减器芯片面积为1.45 mm×0.85 mm。

基于GaAs E/D PHEMT工艺的6～10 GHz多功能MMIC

采用Ga As衬底增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管（E/D PHEMT）工艺研制了一款6～10 GHz多功能微波单片集成电路（MMIC）。其集成了4个单刀双掷开关、6 bit数控移相器、6 bit数控衰减器、3个放大器和14 bit并口驱动电路。测试结果表明：接收支路增益大于8 d B,1 d B压缩点输出功率大于3 d Bm;发射支路增益大于1 d B,1 d B压缩点输出功率大于8 d Bm。移相64态均方根误差小于3°,衰减64态均方根误差小于1 d B。在工作频带内接收和发射两种状态下,输入输出驻波比均小于1.5∶1。经过版图优化后,芯片尺寸为3.5 mm×5.1 mm。该多功能MMIC可用于微波收发组件,对传输信号进行幅相控制。

Ku波段6 bit数字衰减器MMIC的小型化设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽(E/D)型赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了6 bit并行驱动器的数字衰减器单片微波集成电路(MMIC)。该衰减器采用T型衰减网络结构,不仅缩小了芯片面积,并且可实现较好的衰减精度和衰减附加相移。芯片在片测试结果表明,在-5 V电源电压下驱动器的静态电流为1.8 mA,响应速度为25 ns。在9~18 GHz频率范围内,衰减器芯片的插入损耗不大于3.6 dB,均方根衰减精度不大于0.7 dB,衰减附加相移为-2°~4°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.25∶1,输出VSWR不大于1.5∶1。芯片尺寸为1.6 mm×0.6 mm×0.1 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、面积小、衰减附加相移小等优点,可广泛应用于通信设备和微波测量系统中。

0.5~2.7 GHz GaAs超宽带多功能MMIC芯片设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽型(E/D模)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了并行驱动器的多功能单片微波集成电路(MMIC)芯片。该芯片的移相器采用磁耦合全通网络(MCAPN)结构,功率分配器则使用集总元件进行集成,不仅缩小了芯片面积,并且在超宽带下实现了较好的相位精度和幅度一致性。采用微波探针台对芯片进行在片测试,结果表明在0.5~2.7 GHz,芯片性能良好:其小信号RF输入功率为0 dBm,芯片的插入损耗不大于7 dB,幅度波动在±0.8 dB以内,相位差为-98°~-85°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.9∶1,输出VSWR不大于1.9∶1,在-5 V电源下驱动器的静态电流为1 mA,响应速度为25 ns。芯片尺寸为3.4 mm×1.8 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、集成度高等特点,可应用于多波束天线系统中。

带数字驱动的DC-18 GHz单刀三掷开关设计

设计了一款带数字驱动的DC-18 GHz单刀三掷开关(Single-Pole Three-Throw,SP3T)芯片。该芯片集成了单刀三掷开关和数字驱动器。单刀三掷开关由2个单刀双掷开关级联组成。单刀双掷开关采用吸收式开关结构,可以实现更好的关态驻波比。驱动电路采用直接耦合场效应晶体管逻辑(Direct Coupled Field Effect Transistor Logic,DCFL)式逻辑电路,具有结构简单、功耗低的优点。版图经过合理布局后,芯片尺寸为1.5 mm×2 mm。测试结果表明:在DC-18 GHz频段内,芯片插入损耗小于3.5 dB,隔离度大于50 dB。芯片采用5 V/0 V逻辑控制,开关速度小于8 ns,1 dB压缩输入功率23 dBm。

一种超小型7～8.5 GHz GaAs多功能芯片

随着微波T/R组件小型化需求的增加,微波单片集成电路（MMIC）向小型化和多功能发展。基于GaAs E/D PHEMT工艺成功研制了一款超小型7~8.5 GHz幅相控制多功能芯片。片上集成了T/R开关、6 bit数字移相器、6 bit数字衰减器、增益放大器和并行驱动器。通过在开关和放大器的匹配电路中较多地使用集总元件以及通过电磁场验证优化版图布局,实现了芯片的小型化。测试结果表明,多功能芯片的接收状态增益大于0dB,1 dB压缩输出功率（P-1）大于12 dBm;发射状态增益大于1 dB,1 dB压缩输出功率大于13 dBm。在接收和发射状态下,移相64态均方根（RMS）误差小于1.5°,衰减64态RMS误差小于0.4 dB,输入输出回波损耗小于-14 dB。裸片尺寸为3.50 mm×2.55 mm×0.07 mm。

GaN微电子学的新进展

进入21世纪后,GaN微电子发展迅速,2011年进入工程化。在5G移动通信等新一代应用的牵引下,GaN微电子的创新更加活跃,正开始步入高新产业的发展阶段。介绍了GaN微电子在新器件结构与工艺、微波混合集成、微波单片集成电路(MMIC)、集成电路和异构集成等方面的最新进展,主要包括新的势垒结构、新的器件结构和工艺、大尺寸Si基器件、高导热金刚石基器件、新的电路拓扑、新的3D集成技术和可靠性研究等,以及在微波电子学和功率电子学两大应用领域的最新成果。分析和评价了SiC基、Si基GaN微电子等的发展态势。

3mm波段低噪声放大器

基于InP HEMT在3 mm波段的优越的噪声性能，设计制作了一款3 mm波段InP HEMT低噪声放大器。通过合理设计外延材料结构和器件结构，提高器件性能。测试1～40 GHz器件的S参数和噪声参数以及75～110 GHz器件的S参数，并采用外推的方法建立了器件的噪声模型。电路设计采用ADS仿真软件，采用全版图电磁场仿真保证电路设计的准确性，最终实现了一款3 mm波段低噪声放大器。测试结果显示在92～96 GHz时，带内增益大于20 dB，噪声系数小于4．0 dB。芯片面积3．07 mm×1．75 mm，直流功耗60 mW。