应用于收发链路多模块级联的优化设计方法

为解决波束赋形芯片中子电路模块由于寄生效应而导致的级联失配问题提出了一种优化设计方法。该设计方法通过主动引入相邻器件阻抗牵引效应,并使其与级联阻抗失配相抵消从而实现阻抗“预失配”的设计方案。对“预失配”的技术原理以及设计流程进行了简要分析,并通过加工一款采用优化设计方案的4通道X/Ku波段的射频收发芯片,验证了该设计方案的可实现性与有效性。在8 GHz~18 GHz频带范围内,该芯片与基于端口驻波设计体系的原芯片相比,收发链路增益分别为6.5 dB和14 dB,提升了超过2 dB。发射链路输出功率21 dBm,发射效率为15.7%,分别提升了1 dB和9%。接收链路噪声系数为8.72 dB,降低了1.2 dB。收发链路最大移相均方根误差为5.12°和5.25°,分别下降了3.17°和1.75°。

Q波段高线性高效率GaN功率放大器MMIC

针对卫星通信和5G毫米波通信应用,基于深亚微米GaN工艺,开发了一款高功率、高线性和高效率的功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。根据器件的最大增益和负载牵引特性确定末级晶体管的总栅宽;根据增益要求采用4级放大器级联,前级、次前级、末前级和末级的栅宽比为1∶2∶4∶8;通过对末级和前三级栅极偏置电压分别加电,实现对各级电路增益分别调节,以提高放大器的线性度;输出匹配网络中包含了二次谐波调谐电路,以降低谐波分量,提高放大器的效率,并结合片外模拟预失真电路实现线性度提升。功率放大器MMIC芯片尺寸为2.6 mm×2.1 mm。测试结果表明,在37~42 GHz,放大器的饱和输出功率大于40 dBm,功率附加效率大于30%,功率增益大于18 dB,三阶交调失真(IMD3)@36 dBm小于-30 dBc。

一体化匹配网络的Q波段Doherty功率放大器MMIC设计

提出了一种毫米波Doherty放大器一体化匹配网络的设计方法。该匹配网络将功率合成、阻抗变换和相位调节功能一体化,结合兰格耦合器,去除了传统Doherty功放结构中输出和输入四分之一波长线。采用0.15μm GaN工艺研制了一款Doherty放大器MMIC。连续波测试条件下,此放大器在38~42 GHz频段内,饱和功率达到40 dBm,饱和PAE大于24%,6 dB输出功率回退PAE达到16%。在中心频率40 GHz、20 MHz双音间隔测试条件下,输出功率回退3 dB时,放大器的三阶交调失真IMD3小于-21 dBc。

S波段GaAs PHEMT宽调谐比可重构滤波器芯片设计

基于单片微波集成电路技术设计了一款S波段频率可调谐滤波器芯片,该可调谐滤波器芯片采用信道化结构,通过选择不同通道实现宽调谐比。其中每个通道采用多级放大器与无源滤波网络级联的形式提高该滤波电路的选择性,通过在无源滤波网络引入变容二极管实现通道频率的连续调谐,该结构可在滤波器具备较高选择性的前提下实现宽调谐比。采用0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款S波段双通道信道化可重构滤波器,仿真结果表明,在0~3 V控制电压范围下,该滤波器中心频率调谐范围为2.5~4 GHz,带宽变化范围为420~650 MHz,调谐比达到60%,滤波器芯片尺寸为3 mm×3.1 mm。该设计为片上可重构射频滤波实现宽频率调谐比提供了一条技术途径。

X波段双模功率MMIC设计

基于有源负载调制的多阻抗匹配技术,采用0.25μm GaN HEMT工艺,研制了一款工作在X波段双模功率放大器芯片,使功率放大器在峰值及回退10 dB两种输出功率模式下均具有较高的效率。采用对称双路三级放大拓扑设计,利用多阻抗匹配与电压切换方式实现双模工作。主功放设计兼顾高功率与低功率模式下的输出功率与效率;辅功放兼顾低功率模式下输出匹配网络呈现高阻状态与高功率模式下匹配网络实现宽带匹配两种状态。测试结果表明,在25℃环境温度、脉宽100μs、占空比10%脉冲测试下,8.5~13.0 GHz频率范围内,功率放大器的高功率模式饱和输出功率最高可达47.5 dBm,功率附加效率最高达到43%;10~12 GHz频率范围内,低功率模式输出功率可达37 dBm,功率附加效率最高达到27%。

微波集成电路技术—回顾与展望

半个多世纪来 ,微波电路技术经历了从分立电路、两维微波集成电路、三维微波集成电路等阶段。在回顾这一发展历程后 ,介绍多层微波集成电路和三维微波集成电路。阐述其产生背景、关键技术及发展方向。文中将涉及微加工技术以及从直流至射频的多芯片全集成新概念。瞻望二十一世纪前景。

高性能低成本微波组件制造技术

高性能、低成本的微波组件制造技术对复杂昂贵的电子系统的普及应用具有重要意义。目前 ,微波组件多采用薄膜或微波介质片工艺制造 ,其调试靠手工操作来完成 ,制造成本较高 ,生产一致性差。先进的铜厚膜工艺具有微波性能好、便于大批量生产等特点 ,是一种高性能、低成本的电路基板制造技术。激光技术与自动测试技术、自动控制技术相结合可实现对微波组件的高精度动态闭环自动化测试修调。采用这些先进技术 ,能提高生产效率 ,降低微波组件的制造成本。

多模计数器静电放电损伤的失效分析

静电放电(ESD)损伤会降低半导体器件和集成电路的可靠性并导致其性能退化。针对一款国产2-32型多模计数器的失效现象,通过分析该计数器的电路结构,利用X射线成像、显微红外热成像、光束感生电阻变化以及钝化层、金属化层去除等技术对计数器进行了失效分析,将失效点准确定位至输出端口逻辑单元电路的2只晶体管上。分析结果表明,多模计数器的ESD损伤使输出端口驱动晶体管以及为负载晶体管提供栅偏置的前级电路晶体管同时受损,导致计数器端口高、低电平输出均失效而丧失计数功能。对相关的失效机理展开了讨论,同时提出了在电路研制和使用过程中的ESD防护措施。

Ta/Al合金薄膜中功率衰减器的研究

介绍了一种用于微波电路的中功率薄膜衰减器。该衰减器是由铝原子含量为50％的Ta/Al合金薄膜制成。其性能优良。

K波段平衡式矢量调制器MMIC

基于0.15μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs PHEMT)工艺,设计并实现了一款K波段的平衡式矢量调制器微波单片集成电路(MMIC)芯片。该矢量调制器集成了Lange耦合器、双相幅度调制器和威尔金森功率合成器,其中双相幅度调制器采用平衡式结构对幅度和相位失真进行了补偿。当工作电压以10 mV为步进,从-0.9~0 V扫描时,矢量调制器MMIC实现了连续幅度调制和0°~360°的相位调制。测试结果表明,在18~26 GHz频率内,最大调幅深度大于27 dB,插入损耗小于8.1 dB,输入电压驻波比小于1.3∶1,输出电压驻波比小于1.5∶1。平衡式矢量调制器MMIC尺寸为2.4 mm×2.5 mm,该电路具有插入损耗小、芯片尺寸小、功耗低等特点,可广泛应用于数字通信系统中。

LTCC-D高密度微波集成工艺技术研究

LTCC技术作为高密度互连技术在电子产品中已得到广泛应用。而在微波高频电路中由于其印刷精度的限制一定程度上影响了电气性能。在LTCC上制作薄膜电路可以显著提高微带线精度及微波传输性能,同时提高微波产品集成密度,简化微组装工作步骤。通过工艺实验,分析和突破了LTCC-D工艺中的多项关键技术,形成了完整的工艺流程。该流程经样品和试生产验证达到了工程化应用水平。

真空微电子毫米波器件

介绍了真空微电子分布放大器和真空微电子微波管两类器件，对其优点和问题进行了探讨，并就我国发展真空微电子毫米波器件提出了看法．

提高砷化镓功率MMIC中电容成品率的研究

金属─绝缘体─金属（ＭＩＭ）电容是影响ＧａＡｓ微波单元集成电路（ＭＭＩＣ）成品率的主要原因之一，ＰＥＣＶＤ氮化硅膜又是影响ＭＩＭ电容质量和成品率的主要因素。本文通过实验和分析，提出了提高氯化硅膜质量和减少薄膜针孔的方法，结果大大提高了ＭＩＭ电容ＧａＡｓＭＭＩＣ的成品率，降低了ＧａＡｓＭＭＩＣ的成本。

小型化AGC模块研制

AGC(Automatic Gain Control)模块应用于卫星无线通信系统中,实现中频信号放大以及自动增益控制功能,具有增益高、动态范围大的特点。随着系统小型化需求日益迫切,必须在保持性能和可靠性指标的基础上推进AGC模块小型化。文中首先采用单片电路技术改造混合集成工艺的单元电路,利用E-pHEMT(增强型高电子迁移率晶体管)单片工艺设计了一款电调衰减器及放大器芯片,使单元电路的面积分别缩减至0.9 mm×0.9 mm和0.4 mm×0.6 mm,仅为原单元电路的1/30。通过单元电路与整体电路联合设计优化,在保证整体电路性能的基础上,简化了电路结构,减少了6个元器件。在芯片化改造的基础上,进一步小型化整体电路,使整体电路体积减小了18%。通过上述系列措施,最终将电路体积缩小至18 mm×15 mm×3.5 mm,仅为原电路的1/3且增益和遥测电压性能指标进一步提升。

基于异构集成技术的FBAR开关滤波器组芯片

基于异构集成技术,研制了一款各通道中心频率分别为1.5,1.8,1.9和2.0 GHz的四通道高性能开关滤波器组芯片。使用了金锡凸点焊接的组装工艺,与键合线工艺相比,其互连强度更高,寄生参数更小。薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片与微波单片集成电路(MMIC)开关电路芯片采用自主可控的FBAR工艺、 0.35μm GaAs工艺研制。为满足窄带、高矩形度、低插入损耗开关滤波器组的需求,FBAR滤波器电路采用阶梯型拓扑结构。开关电路使用串-并联混合结构,兼顾低插入损耗和高隔离度。经探针台测试结果显示,各通道中心插入损耗小于3 dB,矩形系数比约为2.0,带外抑制大于45 dBc。开关滤波器组芯片面积为4 mm×4 mm,高度约为0.4 mm。

26GHz Doherty MMIC功率放大器的研制

研制了一款可应用于新一代宽带无线移动通信系统的26 GHz GaN单片微波集成电路(MMIC) Doherty功率放大器(DPA)。Doherty功率放大器的输入匹配网络中采用兰格耦合器进行载波功率放大器和峰值功率放大器功率合成及90°相位补偿,输出网络中采用相位补偿线和阻抗变换电路,提高了放大器的线性度和效率。采用SiC衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺进行了流片,芯片面积为3.0 mm×2.5 mm。芯片装配后测试表明,在频率为24.5～26.0 GHz内,Doherty MMIC功率放大器饱和输出功率为4 W,饱和时漏极效率大于24%,在回退8 dB时的漏极效率大于15%。

MMIC在T/R组件中的应用

采用单片微波集成电路（MMIC）芯片技术和多芯片组件（MCM）微组装工艺,设计了一款小尺寸双通道发射接收（T/R）组件。组件由环形器、限幅器芯片、低噪声放大器（LNA）芯片、幅相控制多功能芯片、驱动放大器芯片和功率放大器芯片（PA）等部分构成。基于Ga As的LNA MMIC芯片具有更低噪声系数,基于Ga N的PA MMIC芯片具有更高的输出功率及功率附加效率。组件接收通道采用基于Ga As的LNA芯片,发射通道采用基于Ga N的PA芯片,设计了针对发射通道驱动放大器与功率放大器的协同脉冲调制电路。研制的T/R组件在8~12 GHz的频带内：接收通道在工作电压＋5 V连续波的条件下,小信号增益大于20 d B,噪声小于3 d B;发射通道在周期1 ms,脉宽10%的调制脉冲条件下,脉冲发射功率大于46 d Bm。T/R组件外形尺寸为70 mm×46 mm×15 mm。

一款X波段高效率GaN负载调制平衡放大器MMIC

报道了一款采用0.25μm GaN HEMT工艺的X波段高效率负载调制平衡放大器芯片。该芯片由两个射频端口的90°Lange耦合器,一对平衡功率放大器和一个控制信号功率放大器组成。通过改变同频率处控制信号的幅度与相位去调制平衡功率放大器的阻抗。在连续波测试条件下,该负载调制平衡放大器芯片在8~11 GHz范围内,最大输出功率为42.5 dBm,饱和效率为45%~55%,当输出功率回退6 dB时,效率为40%~45%。

X波段20 W高效率负载调制平衡放大器MMIC

报道了一款采用0.25μm GaN HEMT工艺的8~12 GHz高效率负载调制平衡放大器(Load-modulated balanced amplifier,LMBA)。高峰均比信号传输场景中,功率放大器的效率性能会在输出功率回退区间内急剧恶化。基于LMBA技术,结合有源负载调制与预匹配输出结构,有效提高了功放在输出功率回退区间的效率。在连续波测试条件下,该芯片在8~12 GHz频段内,饱和输出功率为43.2~43.8 dBm,饱和效率为50.5%~55.7%。饱和输出功率回退6 dB时,效率为40.2%~44.5%,相较于归一化理想B类功率放大器具有15%~17%的效率提升。

微系统技术现状及发展综述

电力电子产品系统逐渐向小型化、高度集成化的方向发展,微系统汇集了多门学科技术的创新与突破,无论在军事还是民用领域已有广泛的应用。本文详述了国内外微系统技术的现状和发展趋势,其技术创新点在于多功能芯片一体化、智能传感、异质集成、堆叠式系统级封装技术的突破和新型半导体材料的应用;文末总结了微系统技术发展的意义,并提出展望。