微电子器件工业生产中的静电防护研究

从ESD过程分析入手,对微电子器件工业生产中的静电来源以及泄放途径进行了剖析,介绍了4种静电放电模型,进而阐述了微电子器件工业生产中的静电防护技术以及静电防护体系,以确保静电防护的有效性。

0.5dB噪声系数高线性有源偏置低噪声放大器

设计了一种宽带、噪声系数仅为0.48dB的有源偏置超低噪声放大器。低噪声放大器采用0.5μm GaAs E-PHEMT工艺研制,2.0mm×2.0mm×0.75mm 8-pin双侧引脚扁平无铅封装,具有低噪声、高增益、高线性等特点,是GSM/CDMA基站应用上理想的一款低噪声放大器。

基于InP DHBT工艺集成高速同步功能的13 GS/s单比特ADC

实现了一款集成同步电路的超高速超宽带单比特模数转换器(ADC),芯片采用锁存型高灵敏度比较器实现单比特量化,采用数字鉴相方法实现多芯片时钟自同步,集成1∶8数据分接器以降低输出端口数据速率,极大地方便了系统应用。该芯片采用0.7μm InP DHBT工艺实现,测试结果显示,芯片最高采样率达13 GS/s,模拟输入带宽大于18 GHz,输入灵敏度小于-25 dBm,功耗为1.4 W。该芯片解决国内缺乏单比特超宽带收发系统及单比特量化大规模天线系统中核心芯片的问题,与国外同类芯片相比,采用的自同步的同步电路,具有系统应用简单,可实现超高速采样时钟同步的特点,便于实现多通道同步采样。

GaAs PIN二极管大功率毫米波单刀双掷开关单片

采用76.2mm(3英寸)GaAs PIN二极管工艺设计和制作了大功率毫米波单刀双掷开关单片。采用并联结构的单刀双掷开关以获得较高的功率特性。在片测试表明,在30～36GHz工作频段,开关导通支路插损1.0dB,驻波优于1.5,开关关断端口隔离度大于34dB。开关在导通态下输入功率0.5dB压缩点P-0.5 dB大于5W。

基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺的10 GS/s、3 bit模数转换器

基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺,文中设计了超高速全并行模数转换器,其时钟采样率为10 GS/s、精度为3 bit。该模数转换器采用全差分的电路结构,其中跟踪保持放大器采用电容增强技术获得大带宽。设计中采用差分编码技术降低编码电路的误码率,提高工作速度。电路仿真结果表明,当时钟采样率为10 GS/s时,ADC电路的微分非线性和积分非线性均小于0.2 LSB。该ADC电路在输入信号频率低于10 MHz时的有效位数大于2.8位,在输入信号频率为1 GHz时的有效位数大于2.5位。在-5 V和-3.3 V供电电压下,电路的总功耗为1.6 W,芯片面积为1.0 mm×1.2 mm。

用于DRFM的4 bit相位量化DAC

设计了一种应用于DRFM系统的4bit相位量化DAC,采用非线性的电流舵结构在标准半导体工艺下实现,芯片面积2.1mm×1.4mm,功耗420mW。测试结果显示该DAC瞬时带宽高于1GHz,与4bit相位量化ADC级联测试时,SFDR在工作带宽内小于-20dBc,性能明显优于3bit相位量化DAC。

4 bit相位量化ADC设计与实现

分析了应用于DRFM系统的4bit相位ADC原理并介绍了一种4bit相位ADC电路结构,该电路采用类似于幅度ADC的Flash拓扑在标准半导体工艺下设计并实现,芯片面积2.3mm×1.7mm,功耗620mW,数字输出满足LVDS电平标准。测试结果显示该ADC瞬时带宽高于1GHz,动态范围大于26dB。

基于InP双异质结双极型晶体管工艺的超宽带低相噪可编程分频器

实现了一款高性能超宽带低相噪可编程分频器芯片,内部分频模块采用电流模式逻辑结构的数字分频原理实现。芯片采用三路外部信号对内部分频模块及开关组进行选通、控制,实现1、2、4、8四种分频比的切换。对内部单元进行了设计优化以提高芯片宽频带内的整体性能。该芯片采用0.7μm InP DHBT工艺实现,测试结果显示在1~40 GHz超宽带范围内,其输入功率可覆盖-10^+8 dBm,高载波下相位噪声可低至-145 dBc/Hz,最大功耗0.63 W。该芯片拥有完整的电路架构,宽带工作性能优良且有较低的相位噪声,可直接应用于超宽带频率源系统。

InP双异质结晶体管工艺ROM-Less架构14 GHz DDS

介绍了采用ft/fmax为250/280 GHz的0.7μm InP双异质结晶体管工艺的14 GHz 8bit ROM-Less直接数字频率合成器。电路采用正弦加权非线性数模转换器实现了一种ROM-Less相幅转换,充分发挥了InP-DHBT技术在中大规模混合信号集成电路中的速度优势。为降低功耗,采用了简化的流水线相位累加器。在整个频率控制字范围内,测试得到的平均无杂散动态范围为24.8 dBc。该电路由2122个晶体管组成,功耗为2.4 W,其优值系数为5.83 GHz/W。

K波段低噪声放大器芯片

设计一款K波段低噪声放大器芯片，采用0．15μmPHEMT工艺，工作频段：22～23GHz，增益大于17dB，噪声系数小于2．4dB，1dB功率压缩点大于7dBm，输入／输出电压驻波比小于2，偏置电压5V，静态工作电流12mA，具有极低功耗。

16 Gb/s GaN数模转换器芯片

南京电子器件研究所基于76．2mm（3英寸）0．1μm GaN工艺，采用f1／fmax分别为100GHz／165GHz的耗尽型晶体管设计，首次研制出16Gb／s的3bit DAC芯片。该芯片内核面积约为1．20mm×0．15mm。

基于InP DHBT工艺的32.2 GHz超高速全加器

介绍了一种基于0.7μm磷化铟(InP)双异质结双极型晶体管(DHBT)工艺的超高速全加器,将加法运算与数据同步锁存融合设计来提高计算速度,采用多数决定运算法则设计单层晶体管并联型进位电路来降低功耗。测试结果表明,全加器的最高时钟频率达32.2 GHz,包含锁存器的全加器整体电路功耗为350 mW。

基于InP DHBT工艺的DC^45 GHz 1∶8低相噪静态分频器

采用0.7μm InP DHBT工艺设计并实现了一款超宽带1∶8静态分频器芯片,内部分频采用电流模式逻辑结构实现,针对InP DHBT器件的高频特点对内部各电路进行了合理优化,实现了整个工作带宽内的宽输入功率范围和高输出信号平坦度。测试结果显示,正弦波输入时芯片可工作在0.2~45.0 GHz超宽带范围内,输入功率覆盖-10^+7 dBm,输出功率大于3.9 dBm,38 GHz输入时相位噪声优于-140 dBc/Hz,总功耗0.29 W。

基于LTCC技术的手机天线开关滤波器

采用LTCC工艺进行手机天线开关滤波器的设计,用于手机天线开关发射端GSM850/900MHz、GSM1800/1 900MHz。整个LTCC滤波器体积为2.5mm×3.2mm×0.75mm,其中包含两个低通滤波器,用于二次谐波和三次谐波的抑制。GSM850/900通带插损小于0.75dB,带内二次谐波抑制度大于23dBc,三次谐波抑制度大于40dBc;GSM1 800/1 900通带插损小于0.7dB,带内二次谐波抑制度大于26dBc,三次谐波抑制度大于28dBc。

基于GaAs HBT工艺的12位1GS/s多奈奎斯特域数模转换器

介绍一种基于1μm GaAs HBT工艺的12位1GS/s多奈奎斯特域数模转换器(DAC)。使用信号归零技术将DAC的有效输出带宽拓展到第三奈奎斯特频域。该DAC在第一至第三奈奎斯特频域内具有平坦的输出功率和较好的SFDR。测试结果表明,与传统DAC相比,多奈奎斯特域DAC在第二奈奎斯特频点附近的输出功率增大37dB,SFDR提高25dB。

用于数字相控阵雷达收发组件的0.7~4.0GHz SOI CMOS有源下混频器

基于0.18μm SOI CMOS工艺设计了一款用于数字相控阵雷达的宽带有源下混频器。该混频器集成了射频、本振放大器、Gilbert混频电路、中频放大器以及ESD保护电路。该芯片可以直接差分输出,亦可经过片外balun合成单端信号后输出。射频和本振端口VSWR的测试结果在0.7~4.0GHz范围内均小于2,IF端口的VSWR测试结果在25 MHz^1GHz范围内小于2。当差分输出时,该混频器的功率转换增益为10dB,1dB压缩点输出功率为3.3dBm。电源电压为2.5V,静态电流为64mA,芯片面积仅为1.0mm×0.9mm。

基站应用高线性高效率50 V GaN HEMT

报道了针对移动通信基站应用的GaN HEMT的研制。通过采用NiAu势垒,降低器件栅极漏电,从而提高器件击穿电压。同时通过优化V型栅,降低了峰值电场,提高器件击穿电压30%以上。GaN HEMT器件设计采用双场板结构,工艺采用0.5μm栅长,工作电压50V,在2.3~2.7GHz带内峰值输出功率280 W,功率附加效率>64%,线性度-30dBc@PAR=5dB,器件抗失配比(VSWR)至5∶1,器件性能可以满足未来基站多频段多载波应用需要。可靠性试验结果表明,研制的器件在150℃下平均工作寿命(MTTF)>4×10~6 h,满足系统应用需要。

采用电流复用技术的8mm频段低噪声放大器

利用电流复用技术设计8mm频段低噪声放大器芯片,采用0.15μm GaAs PHEMT工艺,芯片尺寸为1.73mm×0.75mm×0.1mm。测试结果显示:在32～38GHz频带内,放大器增益大于21dB,噪声系数小于1.85dB,输入、输出电压驻波比小于2.5,P1 dB大于7dBm,功耗5V,28mA,采用电流复用技术比传统设计的功耗降低将近40%。

5~6GHz自适应线性化偏置的InGaP/GaAs HBT功率放大器

针对高质量无线局域网的传输需求,设计了一款工作在5~6 GHz的宽带磷化镓铟/砷化镓异质结双极型晶体管(InGaP/GaAs HBT)功率放大器芯片。针对HBT晶体管自热效应产生的非线性和电流不稳定现象,采用自适应线性化偏置技术,有效地解决了上述问题。针对射频系统的功耗问题,设计了改进的射频功率检测电路,以实现射频系统的自动增益控制,降低功耗。通过InGaP/GaAs HBT单片微波集成电路(MMIC)技术实现该功率放大器芯片。仿真结果表明,功放芯片的小信号增益达到32 dB;1 dB压缩点功率为28.5 dBm@5.5 GHz,功率附加效率PAE超过32%@5.5 GHz;输出功率为20 dBm时,IMD3低于-32 dBc。

应用于WLAN InGaP/GaAs HBT线性功率放大器

设计了一款基于2μm InGaP/GaAs HBT工艺的移动通信用高线性功率放大器,应用于移动终端WLAN 802.11b/g/n 2.4-2.5GHz。整个放大器芯片由三级放大电路构成,芯片面积为1.9mm×1.7mm。在VCC=Vbias=＋5V、VReg=VPdown=＋2.85V双电源供电条件下,测试频点为2.45GHz时,线性增益为35dB,1dB压缩点处输出功率为34.5dBm,此时效率为37.5%。输出功率为27dBm时,EVM（误差矢量幅度）值小于3%（输入信号为WLAN 802.11g 64QAM 54 Mb/s）,可以满足WLAN应用对线性度的需求。