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。

基于各向异性导电膜的射频SP8T开关无损测试

为了解决射频器件无损测试的难点,基于各向异性导电膜Z轴(ACF-Z)连接结构,设计并实现了射频器件无损测试技术。针对表面贴装式GaAs金属半导体场效应晶体管(MESFET)单刀八掷(SP8T)开关,该测试技术使用ACF-Z轴连接结构实现器件与测试板的无损连接,通过矢量网络分析仪对GaAs MESFET SP8T开关性能进行测试,最多可同时测试SP8T开关的8个通道。测试结果显示,1~8 GHz内,器件的插入损耗为-15~-35 dB,回波损耗为-15~-35 dB,测试过程中未对器件造成损伤。

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。

基于SP4T开关的4位MEMS开关线式移相器设计

设计了一款4位MEMS开关线式移相器,由SP4TMEMS开关和微带传输线构成,工作于X波段。单刀四掷(single pole 4throw,SP4T)开关用于切换两条不同电长度的信号通道,即参考相位通道和延迟相位通道。每个SP4T开关包含4个悬臂梁接触式RF MEMS串联开关。介绍了4位MEMS开关线式移相器的总体设计,并给出了其关键部件SP4T开关和相位延迟线的设计细节。采用ADS软件仿真分析了器件的电气性能。仿真分析得到:SP4T开关在中心频率10GHz处的回波损耗为-36dB,插入损耗约为0.18dB;移相器各相位的回波损耗均低于-15dB,插入损耗为-0.8～-0.4dB。这种射频MEMS移相器具有小型化、低功耗和高隔离度的优点。

一种新型多工作模式的Wilkinson功分器设计

设计了一种新型的具有多工作模式的Wilkinson功分器电路,该电路通过将传统的Wilkinson功分器与有限数量的单刀单掷开关进行合理的组合,并通过控制这些射频开关,进而使得该电路具有Wilkinson和两个微带直通的工作模式.同时,对具有任意功分比的多工作模式的Wilkinson功分器进行了理论分析,并使用是德公司的ADS仿真工具验证了微带线的各个电长度对微带直通模式下的性能(如插损、回波损耗)的影响.验证了在等分情况下的多工作模式的Wilkinson功分器在各种工作模式下的性能.

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。

91～98GHz集成单刀单掷开关设计

为解决W波段接收机保护开关和发射机调制开关芯片问题,本文基于0.1mm厚50.8mm(2英寸)熔制石英薄膜电路工艺,研制出了W波段PIN二极管SPST开关准单片。为了考察开关性能的一致性,随机抽取了5个SPST开关作了测试,在91~98GHz频率范围内,开关插损典型值1.0dB,不一致性小于0.45dB;91~98GHz测得开关隔离典型值25dB,不一致性小于5dB,92.5~94.5GHz隔离典型值32dB;开关响应时间、导通时间、关断时间、恢复时间分别小于18、20、10和18ns;开关尺寸2.8mm×2.6mm。其作为接收保护开关和发射调制开关可集成应用于W波段收发组件中。

嵌入吸收式单刀八掷开关电路

提出了一种嵌入吸收式单刀八掷开关电路结构。利用PIN二极管的通断特性,设计了1个在14~18 GHz频率范围内的吸收式单刀八掷（SP8T）开关电路,导通损耗小于3.9 d B,输出端回波损耗大于10 d B;隔离度大于60 d B,输入、输出端回波损耗大于12 d B。该电路将吸收电阻嵌入在基片下接地板内,相比传统结构的吸收式开关电路,具有在导通状态下损耗略小;在关断状态下输出端反射信号较小。该嵌入吸收式结构也可应用于吸收式的衰减电路及限幅电路中。

一种高性能X波段GaAs开关滤波器芯片

基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款高性能X波段四路开关滤波器微波单片集成电路(MMIC)芯片。芯片内集成了输入和输出单刀四掷(SP4T)开关、驱动器和带通滤波器,实现了开关滤波功能。输入和输出SP4T开关结构相同,各支路都采用串-并联混合形式实现。驱动器集成在片内,由一位低电平(0~0.4 V)或高电平(3.3~5.5 V)信号控制SP4T开关中某一支路的导通或关断。带通滤波器采用分布参数梳状线结构,开路端加载金属-绝缘体-金属(MIM)电容,减小滤波器尺寸的同时拓宽了其阻带带宽。该开关滤波器芯片频率覆盖9.85~12.4 GHz,尺寸为4.5 mm×4.5 mm×0.15 mm。探针在片测试结果表明,开关滤波器芯片4个支路的中心插入损耗均小于6.2 dB,通带内回波损耗优于17 dB,典型的带外衰减大于40 dB。

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。

基于GaAs pin工艺的开关滤波器组芯片

基于GaAs pin工艺,研制了频率覆盖9.9~14.2GHz的三通道开关滤波器组单片微波集成电路（MMIC）芯片。开关滤波器组由输入/输出pin单刀三掷开关、带通滤波器组和pin开关偏置电路组合而成,集成在面积为4mm×4mm的GaAs衬底芯片上。每个支路的pin开关都采用串-并混合结构,控制电压-5V时开关导通,＋5V时开关截止。带通滤波器均采用分布参数梳状线结构,开路端加载金属-绝缘体-金属（MIM）电容减小了滤波器的尺寸。经探针台在片测试,结果表明,开关滤波器组MMIC芯片的三个通道中心插损为3.5~4.0dB,1dB相对带宽为16%~19%,35dB与1dB矩形系数比为1.9~2.2。

C波段大功率单刀四掷收发开关的设计

采用电磁场分析方法,研究在大功率工作条件下台面结构PIN二极管管芯的工作模式,提取相应的S参数,以优化并联式开关电路的阻抗匹配网络,分析开关导通和关断时的电性能,以及大信号下的功率损耗,研制出了C波段大功率单刀四掷开关。在5.1~5.7GHz频带内,测得开关小信号插损小于0.67dB、驻波比小于1.2、隔离度优于55dB、开通时间优于380ns、关断时间优于230ns;大信号插损小于1.1dB、检波延迟时间优于118ns,设计指标满足了工程应用的要求。

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.

基于CPLD单双极性码转换电路的设计与实现

以某型飞机无线电高度表检测仪研制为背景,通过采用CPLD器件和VHDL硬件语言,设计实现了一种能替代该无线电高度表检测仪检验组合功能的单双极性码转换电路,并给出了VHDL程序和相应的时序仿真波形。