基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

一种宽带高隔离度SPDT开关的设计与实现

采用多个P IN管设计并制作了一种串/并联结构的宽带高隔离度微带单刀双掷(s ing le po le doub le throw,SPDT)开关.首先建立了所用型号的P IN管开路、短路的等效电路模型;然后借助于CAD软件Serenade进行了电路仿真和参数优化,得到了很好的仿真结果;最后设计出电路制版图并制作了经济实用的微带开关,经过实验测量达到了技术指标要求.

基于介质谐振器和PCB技术的SPDT滤波开关

针对时分双工(time division duplex,TDD)子系统同时对滤波器和开关的需求,将二者相融合提出了一种滤波开关设计方案。介质谐振器滤波器因具有高Q值、低损耗等特点而被广泛研究,然而其不易与PIN管集成,难以实现开关功能。基于介质谐振器和印刷电路板(printed circuit board,PCB)技术设计了一种低损耗、高隔离度的单刀双掷(single pole double throw,SPDT)滤波开关。设计以介质谐振器滤波器为滤波主体,同时在PCB上实现SPDT开关功能,滤波功能和开关功能可独立设计,降低了设计难度。开关电路在导通状态时等效为一段传输线,因而仅会增加很少的插入损耗。加工并测试了一个设计实例,测试结果表明,打开状态下的带内损耗为0.92 dB左右,关闭状态下的隔离度优于47 dB。与传统单纯PCB滤波开关相比,该设计具有更低的插入损耗、更高的隔离度。

一种集成控制模块的微波SOI SPDT开关

采用0.18μm CMOS SOI工艺设计制作了一种集成控制模块的微波单刀双掷开关。开关控制模块包含了低压差线性稳压器和负电压电荷泵,低压差线性稳压器将外部供电高电压转换为开关电路低电压,负电压电荷泵产生一个负压,用以改善开关的性能。制作的SOI开关具有良好的性能,芯片测试表明,开关导通状态下从DC到9 GHz范围内插损小于1.7 d B,关断状态下隔离度大于28.5 d B,回波损耗小于-15 d B,开关开启时间为1.06μs。芯片的尺寸为0.87 mm×1.08 mm。

基于滤波器设计方法的GaN-on-Si毫米波单刀双掷开关

基于滤波器的设计方法,实现了一款适用于毫米波通信的宽频带单刀双掷(SPDT)开关。为了实现宽频带和低插入损耗,采用100 nm GaN-on-Si HEMT器件及行波式开关设计方法,同时采用四枝节的结构,实现对射频信号的全反射,以此获得更高的隔离度。在0 V和-15 V的栅偏置电压下,在室温环境中测试的结果表明:在30~44 GHz频带内,SPDT开关具有良好的回波损耗,其插入损耗低于1.5 dB,隔离度高于34 dB,并且在36 GHz下的输入1 dB功率压缩点优于39.2 dBm。芯片面积为1.7 mm×1.2 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。

一种单刀双掷高速模拟开关的研制

介绍了一种单刀双掷高速模拟开关;描述了电路工作原理、线路设计、版图设计及可靠性设计。该高速模拟开关具有速度快、功耗低、隔离度高、关断漏电流小等特点。其内部电路设计有控制输入级、电平转换级、高速模拟开关管及静电保护电路。该电路可广泛应用于雷达接收机和发射机、通信系统和数据采集系统,以及通用模拟开关等领域。

GaAs PHEMT通信开关电路设计

设计制作了GaAs PHEMT通信开关电路。分析了基于GaAs场效应晶体管(FET)的正压控制开关电路原理,采用GaAs FET器件串并联结构设计了单刀双掷(SPDT)和双刀双掷(DPDT)开关电路。使用ADS软件对电路进行了优化设计,并对电路版图进行了电磁场仿真优化,基于0.5μm GaAs PHEMT工艺,流片制作了SPDT和DPDT开关电路。测试结果表明,在DC^6 GHz带宽内,SPDT开关插损大于-0.75 dB,隔离度小于-27 dB(3 GHz),回波损耗小于-18 dB,芯片尺寸为0.55 mm×0.50 mm。DPDT开关插损大于-1.8 dB,隔离度小于-20 dB(3 GHz),回波损耗小于-12 dB,芯片尺寸为0.65 mm×0.60mm。两种开关均采用正电压控制(+5 V),具有低插损、高隔离度、大功率处理能力(P1 dB大于30 dBm)和芯片尺寸小等优点,可广泛应用于微波通信系统中。

pin组合开关在Ku波段多通道接收机中的应用

采用pin二极管技术,在输入端反射式pin组合开关的基础上,设计、制作了一种微波吸收式pin单刀双掷开关,并给出了详细设计原理图。用AWR软件分别对带有定向耦合器的反射式pin组合开关和吸收式单刀双掷pin组合开关进行了仿真优化设计,仿真结果表明吸收式单刀双掷pin组合开关性能指标更优越,尤其在衰减状态下各项指标明显优于反射式pin组合开关。将两种开关方案分别应用于Ku波段多通道接收机后,吸收式单刀双掷pin组合开关测得结果如下:插入损耗≤1 dB,导通和衰减输入驻波比均≤1.4∶1,幅度不一致性≤1 dB。

X波段六位移相器设计

采用SiGe BiCMOS工艺设计了一个X波段六位移相器。该移相器工作频率8~12GHz,移相范围为360°,步进5.625°。移相器采用高通/低通滤波器结构,通过六级移相单元以及多个单刀双掷开关级联实现。测试结果显示,芯片在1.2V的电源电压下,10GHz频率处插损约为15dB,在64种移相状态下,RMS相位误差1.6°,幅度偏差0.3dB,端口回波损耗小于-16dB。芯片不包含焊盘的尺寸约为2.65mm×0.81mm。

单刀双掷RF MEMS开关的研究与设计

介绍了一种基于横向金属接触的DC-5GHz单刀双掷RF MEMS开关的研究与设计.横向金属接触开关包括了一套有限的共面波导(FGCPW)传输线和左右摆动的悬臂梁.为了降低开启电压,设计了一种曲折型的折叠梁结构,通过理论分析与仿真实验验证了该结构的可行性,并利用Metal MUMPs工艺加以实现.测试结果显示,该开关在5GHz处的插入损耗为0.8dB,回波损耗大于20dB,隔离度为40dB.测得最低开启电压为33V.

Si基超薄势垒InAlN/GaN HEMT开关器件小信号模型

为了更好地表征Si基超薄InAlN/GaN HEMT开关器件的特性和开发更精确的开关电路模型,基于0.25μm HEMT工艺制备了不同栅极电阻的开关器件,提出了附加10 kΩ栅极电阻的器件结构,并对开关器件进行了小信号模型分析。采用传统的去嵌结构提取了开关器件的寄生电容、电感和电阻参数来得到相应的本征参数。采用误差因子评估模型的准确度,结果表明模型拟合和实测的S参数基本吻合。最后将模型应用在Ku波段单刀双掷(SPDT)开关电路的设计中,实测的开启状态下该电路的插入损耗小于2.28 dB,输入回波损耗大于10 dB,输出回波损耗大于12 dB;关断状态下其隔离度大于36.54 dB。所提出的Si基InAlN/GaN HEMT模型可以为Si基HEMT的电路设计和集成提供一定的理论指导。

数字阵面系统中新型本振放大链路的设计与应用

数字T/R组件作为数字相控阵雷达系统的核心器件,其稳定性、可靠性直接影响系统的性能,而本振时钟信号的状态是数字组件稳定工作的前提。文中通过采用GaN功率器件和新型拓扑结构对链路增益重新分配,实现冗余设计。在频率源输出4 dBm~6 dBm的情况下,实现本振放大链路(单个本振放大器于50 W)200 W的输出功率,并通过阵面分配网络驱动数字组件的几千个数字通道。与传统本振放大链路的设计相比,新型放大链路可靠性可以提高一个数量级,进而使雷达系统可靠性提升;可实现阵面的多频收发功能,使数字雷达阵面具有多频收发的能力;抗干扰能力、远近目标检测和起伏目标检测等能力得到显著提高,并对雷达战术功能的丰富具有现实意义。

T/R组件阻抗失配对相控阵天线性能的影响

T/R组件为满足低剖面的设计要求,收发开关一般采用集成度较高的单刀双掷(SPDT)开关设计方案,然而有源相控阵天线大角度扫描时随着有源电压驻波比的增大,会导致T/R组件与天线辐射单元阻抗失配。文中分析了该阻抗失配问题,并对采用SPDT开关的T/R组件进行了阻抗失配实验,从发射输出峰值功率、组件发射效率、发射通道相位三个方面定量分析了T/R组件输出端口阻抗失配对发射性能的影响,并将该T/R组件应用于有源相控阵天线,通过测试等效全向辐射功率(EIRP)进一步讨论其影响。

25~40GHz非对称单刀双掷开关的设计与实现

针对Ka波段单片收发(T/R)集成电路对发射大功率和高隔离度的需求,分析了传统单刀双掷(SPDT)开关中并联、串联晶体管尺寸对插入损耗、隔离度和线性度的影响,设计了一款非对称的毫米波单刀双掷开关,通过去除发射通道上的并联支路,提高发射通道的1 dB压缩点输出功率。同时,通过串联和并联电感与晶体管寄生电容并联谐振的方式,提高发射和接收通道的隔离度。该开关采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺实现,测试结果表明,在25~40 GHz频率范围内,接收模式下,插入损耗S31小于4 dB,回波损耗S11和S33分别小于-10.8 dB和-11.8 dB;发射模式下,插入损耗S21小于1.8 dB,1 dB压缩点输出功率大于18.2 dBm,隔离度S32大于19 dB,回波损耗S11和S22分别小于-14.6 dB和-15.9 dB。该Ka波段非对称单刀双掷开关芯片的核心面积仅0.21 mm2。

Ku波段SiGe幅相多功能芯片设计

幅相多功能芯片是相控阵雷达的关键部件。为了降低前端收发组件的尺寸和成本,本文采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计了一款Ku波段幅相多功能芯片,单片集成了接收通道和发射通道,芯片面积2.5 mm×4.5mm。研制的多功能芯片的接收通道含前端低噪声放大器、六位数控衰减器、驱动放大器、单刀双掷开关、六位数控移相器;发射通道含六位数控移相器、单刀双掷开关、驱动放大器、中功率放大器。此外,为了进一步提高芯片的集成度,采用片上集成的电源管理单元和数字逻辑单元实现电源电压变换、衰减器和移相器的逻辑控制以及收发通道切换等功能。实测结果表明:在f1~f2(1GHz带宽)频带内,实现了发射增益17dB,发射功率(Psat)21.7dBm;接收增益-3dB,接收输入功率(P-1)-8.5dBm,接收噪声系数6.5dB;5.625°移相步进,移相精度(RMS)4.5°;0.5dB衰减步进,衰减精度(0.3dB+7%AS)。

HSQ6系列自动转换开关电器

介绍了HSQ6系列自动转换开关电器的适用范围和转换控制器的型号及主要功能和产品性能指标、特点、工作原理等。由于本产品的主触头系统采用单刀双掷(三点式)结构,自身联锁,保证不会造成同时接通两路电源现象,具有结构紧凑、机构简单、转换动作速度快等特点,必将在低压电网领域中的两路电源(常用电源、备用电源)中得到广泛应用。

X波段大相位高低通移相器MMIC的设计与实现

基于WIN 0.25μm Ga As赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺,针对大相位移相器容易在宽带情形下出现的性能恶化问题,采用ADS2014仿真软件,成功设计并实现了两款大相位（90°和180°）的X波段（8-12 GHz）宽带数字移相器电路,其拓扑形式为高低通结构,并采用奇偶模分析方法,对高低通滤波网络进行分析。最终在片测试结果表明,其获得了优良的宽带性能,且与仿真结果相吻合。该设计90°移相器电路在频带内相位误差为-3.7°-0°,插入损耗优于2.15 d B,回波损耗优于19 d B;180°移相器电路在频带内相位精度为-6.2°-2°,插入损耗优于2.65 d B,回波损耗优于17 d B。该移相器在相对带宽为40%的X波段内取得良好的插入损耗与回波特性,适用于频带较宽的多位级联数字移相器中。

基于倒装应用的单刀双掷开关MMIC设计

基于GaAs PHEMT ED25B与薄膜工艺设计了基于倒装应用的DC^26 GHz的单刀双掷(SPDT)开关。首先对倒装芯片与传统的正装芯片进行比较,倒装芯片MMIC技术具有明显的优势;然后对比了不同倒装情况对芯片性能的影响进而提出对倒装无源元器件和GaAs PHEMT开关建模的概念,利用建模软件提取了相应的模型;对倒装单刀双掷开关MMIC的设计进行了详细阐述;对制备的倒装单刀双掷开关MMIC进行测试。测试结果表明,回波损耗大于15 d B,插损小于2.8 d B,隔离度大于28 d B。最后对芯片进行温度循环试验和恒定加速度试验,验证了这款基于倒装应用的单刀双掷开关MMIC的可靠性。

基于GaAs PHEMT的5～12 GHz收发一体多功能芯片

基于GaAs赝高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺,研制了一种5-12 GHz的收发一体多功能芯片（T/R MFC）,其具有噪声低、增益高和中等功率等特点。电路由低噪声放大器和多个单刀双掷（SPDT）开关构成。为了获得较低的噪声系数和较大的增益,低噪声放大器采用自偏置三级级联拓扑结构;为了获得较高的隔离度和较低的插入损耗,SPDT开关采用串并联结构。测试结果表明,在5-12 GHz频段内,收发一体多功能芯片的小信号增益大于26 d B,噪声系数小于4 d B,输入/输出电压驻波比小于2.0,1 d B压缩点输出功率大于15 d Bm。其中,放大器为单电源5 V供电,静态电流小于120 m A;开关控制电压为-5 V/0 V。芯片尺寸为2.65 mm×2.0 mm。