基于负阻MMIC的新型VCO研制

提出了一种基于负阻单片微波集成电路的新型压控振荡器(VCO)的设计方法,即负阻电路采用GaAs HBT工艺设计流片,调谐选频电路采用薄膜混合集成工艺制作。利用微封装技术将二者结合构成完整的VCO。这种新型VCO既具有单片微波集成电路的小型化、低成本的优势,又保持了薄膜混合集成电路可灵活调试的特性。通过设计流片数款在不同频段的负阻单片微波集成电路,可完成频率1～18 GHz、小型化、系列化VCO的研制。X波段宽带VCO的实测结果显示,当电调电压在2～13 V变化时输出频率覆盖8～12.5 GHz,调谐线性度为2∶1,电调电压5 V时相位噪声为-96 dBc/Hz@100 kHz。     

X波段宽带GaAs单片压控振荡器

<正>为了适应宽带微波系统和整机小型化的要求,南京电子器件研究所进行了宽带GaAs MMIC VCO的基础研究工作。 在原工作的基础上,将源串联的固定反馈电容C_F用变容管代替,这样变容管不仅能起到反馈的作用,同时通过改变其外加偏压,还可达到增加调谐带宽的目的。 电路采用CAD设计,所研制的电路芯片尺寸为1.8mm×1.4mm。微波测试结果如下:频率调谐范围:7.3～10.7GHz;功率输出:15±1 dBm。     

基于LTCC技术S波段VCO研制

采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术,设计制作了一种新颖的压控振荡器(VCO)。通过单电路结构,建立内埋螺旋式(Helical)结构电感和耦合电容模型,调整VCO匹配电路。测试结果表明,VCO输出频点为2.0~2.1 GHz,相位噪声为-77 dBc/Hz@10 kHz,输出功率为3 dBm。外形尺寸为10 mm×10 mm×1 mm,远小于传统印制电路板(PCB)基板VCO体积,适应系统小型化趋势。     

振荡型有源集成天线

研制中心频率为18 GHz的振荡型有源集成天线,包括微带天线设计、单片压控振荡器(MMIC VCO)的设计及微带天线与单片压控振荡器二者的集成。微带天线的芯片面积为4.5 mm×3.5 mm,增益为3.67 dB,中心频率为18.032 GHz,最小输入驻波系数为1.098;单片压控振荡器芯片面积1.1 mm×1.0 mm,调谐范围为15.978～18.247 GHz,输出功率大于6 dBm。振荡型有源集成天线的方向图测试结果与微带天线的特性符合,该振荡型有源集成天线能够正常工作。     

一种用于时钟产生的低功耗电荷泵锁相环设计

设计了一种用于时钟产生的电荷泵锁相环(CPPLL),其压控振荡器(VCO)采用了新颖的带电流补偿的电流减法器结构。采用Charted2.5V、0.25μmCMOS工艺,整个芯片的面积为300μm×400μm,VCO输出频率范围为55MHz～322MHz。整个电路功耗低,VCO输出频率为240MHz时,功耗为6mW。Hspice仿真结果表明,VCO输出时钟为96MHz时,峰峰值抖动为320ps。     

一种Ku波段宽调谐范围高输出功率的InGaP/GaAs HBT VCO

本文介绍了一种采用InGaP/GaAs HBT工艺实现的全集成应用于Ku波段的压控振荡器(VCO)。该VCO采用Colpitts结构,以达到宽调谐范围,并且该VCO取得了较高的输出射频功率。测试结果表明：该VCO的振荡频率为12.82 GHz～14.97 GHz,调谐范围为15.47%,输出射频功率为0.31 dBm～6.46 dBm,在载频13.9 GHz处相位噪声为-94.9 dBc/Hz@1 MHz。在5 V单电源直流偏置下该VCO的功耗为52.75 mW,其芯片尺寸为0.81 mm×0.78 mm。最后,本文对VCO的品质因数FOM指标进行了讨论。     

Ka波段GaAs耿氏单片压控振荡器

介绍一个以GaAs Gunn器件为振荡元件的Ka波段微波单片压控振荡器(MMIC VCO)。它以工艺相容的Schottky二极管为调谐元件,采取微带耦合的电路形式。该MMIC VCO制作在5mm×3mm的GaAs芯片上,其中包含了一个Gunn管、一个变容管、匹配网络以及两个直流偏置。单片测试结果:在34.6GHz下得到了3.03mW的输出功率,最大电调带宽90MHz。这是国内Ka波段MMIC VCO的首次报道,其性能接近国外1987年的实验室研制水平;同时也是国内首片毫米波段的MMIC。采用了TOUCHSTONE软件包,进行了毫米波段电路的CAD优化尝试,取得了较为满意的结果。     

一种应用于NB-IoT芯片的压控振荡器

采用40 nm 1P6M CMOS工艺,研究与设计了一款应用于窄带物联网(Narrowband Internet of Things,NB-IoT)芯片的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)。该VCO利用负反馈电路降低输出的相位噪声,通过电容减敏技术降低了输出频率相对于可变电容的敏感度,通过交叉偏置二极管技术提高了VCO增益的线性度。测试结果显示:VCO所需功耗为1.2 mW;当VCO震荡在3.49 GHz时,在偏离3.49 GHz的100 kHz、150 kHz、300 kHz、500 kHz和2.5 MHz的相位噪声的测量值依次为-92 dBc/Hz、-91 dBc/Hz、-100 dBc/Hz、-110 dBc/Hz和-125 dBc/Hz;采用此压控振荡器的NB-IoT发射机输出矢量幅度误差(Error Vector Magnitude,EVM)为7.8%,频谱辐射模板(Spectrum Emission Mask,SEM)和临近信道抑制比(Adjacent Channel Power Ratio,ACPR)均满足3GPP要求。可见,测试结果证明了所提出压控振荡器电路的有效性和实用性。     

高增益S波段小型化200 W功率模块研制技术

采用多级射频放大电路以及高压脉冲调制技术,实现了S波段高增益小型化200 W功率模块的研制。驱动放大电路采用GaAs功率单片进行功率合成;末级放大电路依托栅长(0.5 μm) GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)芯片,选取多子胞结构来改善热分布,通过内匹配技术设计完成了双胞总栅宽24 mm GaN芯片的匹配网络,并设计高压脉冲调制电路提供电源,成功研制出了小型化的S波段200 W内匹配GaN功率模块。测试得出该模块实现了在输入功率10 dBm,栅极电压-5 V,漏极电压32 V,TTL调制信号输入条件下,输出频率在3.1~3.5 GHz处,输出功率大于200 W,功率附加效率(PAE)大于55%。模块实际尺寸为2.4 mm×38 mm×5.5 mm。     

低相位噪声微波振荡器设计

针对Ka和Ku波段上、下变频装置对微波振荡器低相位噪声和小型化的要求,该文采用单环锁相式频率合成技术完成了微波振荡器的设计,并对锁相环的相位噪声进行了理论计算。分析了鉴相频率、鉴相器灵敏度和环路带宽对锁相环输出相位噪声的影响,根据分析结果对微波振荡器电路参数合理选择,同时兼顾了低相位噪声与小型化的设计要求。测试结果表明,振荡器的相位噪声指标与理论计算一致,各项指标均达到要求,可满足实际工程应用。     

一种简易微波VCO的设计*

描述了一种高性能简易微波VCO器件的设计和实验。该器件基于负阻原理设计,利用微波FET和变容二极管等分立元件制作,具有高性价比的特点。设计过程中利用ADS软件进行电路的匹配和优化,通过合适的外电路设计对变容二极管VCO的调频线性度进行改善,同时,降低了VCO的相位噪声。实际电路的测试结果表明,当该VCO的中心频率为4.3GHz时,其调谐范围大于200MHz,输出功率大于5.2dBm,相位噪声优于-112dBc/Hz@1MHz和-83dBc/Hz@100kHz。     

Low phase-noise integrated voltage controlled oscillator design using LTCC technology

This paper describes the design and implementation of a highly integrated voltage controlled oscillator (VCO) module based upon Low-Temperature Co-fired Ceramic (LTCC) packaging technology. The circuit is realized by embedding the strip-line resonator and lumped passives inside a multilayer LTCC substrate. Measurement results of a silicon bipolar VCO circuit operating at 2.4 GHz is shown. The constructed module is compact in size and has good phase noise performance.     

X波段砷化镓场效应振荡管

X波段GaAs场效应振荡管是一种专门用于各种微波固体振荡电路的新型器件,尤其对X波段GaAsFET电压控制振荡器(VCO)和介质谐振器振荡器(DRO)更为适合。 本文在对有关资料分析的基础上,提出了设计这一器件的基本原则;概述了器件的基本结构;介绍了器件的参数研究结果和电路应用情况。用该器件制作的X波段FET VCO,得到了800MHz以上的电调范围,在整个电调范围内,输出功率为30～50mW,功率起伏小于1.5dB。     

A 108-GHz InP-HBT monolithic push-push VCO with low phase noise andwide tuning bandwidth

This paper reports on what is believed to be the highest frequency bipolar voltage-controlled oscillator (VCO) monolithic microwave integrated circuit (MMIC) so far reported. The W-band VCO is based on a push-push oscillator topology, which employs InP HBT technology with peak f_T's and f_max's of 75 and 200 GHz, respectively. The W-band VCO produces a maximum oscillating frequency of 108 GHz and delivers an output power of +0.92 dBm into 50 Ω. The VCO also obtains a tuning bandwidth of 2.73 GHz or 2.6% using a monolithic varactor. A phase noise of -88 dBc/Hz and -109 dBc/Hz is achieved at 1- and 10-MHz offsets, respectively, and is believed to be the lowest phase noise reported for a monolithic W-band VCO. The push-push VCO design approach demonstrated in this work enables higher VCO frequency operation, lower noise performance, and smaller size, which is attractive for millimeter-wave frequency source applications     

紧凑型Ka波段PHEMT微波单片集成VCO

设计并流片制作了基于GaAs PHEMT工艺的Ka波段微波单片集成压控振荡器(MMIC VCO).该VCO具有紧凑、宽电调谐带宽及高输出功率的特点.提出了缩小芯片面积及增大调谐带宽的方法,同时还给出了设计MMIC VCO的基本步骤.该方法设计并流片制做的MMIC VCO的测量结果为:振荡频率为36±1.2GHz,输出功率为10士1dBm,芯片面积为1.3mm×1.0mm.     

LTCC滤波器综述及制造工艺研究

首先简述了目前LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic,低温共烧陶瓷技术)滤波器的版图结构及其优劣,重点阐述了一种结构紧凑的600MHz低通滤波器的设计,及在这种滤波器制造过程中遇到的工艺难题及解决办法。该滤波器采用介电常数为7.8、损耗角正切为0.006的微波陶瓷材料,并用场路结合的方法完成其设计,整个器件的尺寸为5.1mm×3.3mm×1.6mm。运用矢量网络分析仪对加工出来的样品进行测试,通过测试数据可以看到,通带最大插入损耗为1.8dB,满足设计指标的要求。该滤波器尺寸小且具有良好的频率响应曲线,在小型化微波通信系统及雷达系统中有着广阔的应用前景。     

用于以太网物理层时钟同步PLL的VCO设计

研究了一种基于以太网物理层时钟同步的高带宽低噪声压控振荡器（VCO）,该VCO采用交叉耦合的电流饥饿型环形振荡器,通过级联11级环路电路和改善其控制电压变换电路,优化了VCO的输出频率范围以及降低了输出时钟的相位噪声,完全满足以太网物理层芯片时钟电路的性能指标。基于TSMC3．3V0．25μmCMOS工艺的仿真结果表明,中心频率为250MHz时,压控增益为300MHz／V,其线性区覆盖范围是60～480MHz,在偏离中心频率600kHz处的相位噪声为-108dBc。     

非对称带状线不连续性等效电路分析

非对称带状线广泛应用于LTCC微波集成电路系统(MICs)中。首次成功地将微带线不连续性等效电路模型移植到非对称带状线中,分析了其几种不同形式的不连续性,诸如开路端、阶梯、直角拐角和T形结。与数值分析结果相比,其S参数的平均误差均小于2%。     

用于制造微波多芯片组件的LTCC技术

低温共烧陶瓷(LTCC)是实现微波多芯片组件(MMCM)的一种理想的组装技术,具有高集成密度、多种电路功能和高可靠性等技术优势.介绍了国内外应用于微波组件的LTCC技术发展现状,概述了LTCC的制造工艺流程,分析了其关键工艺难点,对LTCC基板电路的设计进行了详细阐述,并讨论了埋层电阻的设计和微带线和带状线间的垂直微波互联的方式.利用LTCC技术研制的微波多芯片组件,在现代雷达和通讯领域具有广泛的应用前景.     

LTCC基板金丝热超声楔焊正交试验分析

引线键合是微组装技术中的关键工艺,广泛应用于军品和民品芯片的封装。特殊类型基板的引线键合失效问题是键合工艺研究的重要方向。低温共烧陶瓷(LTCC)电路基板在微波多芯片组件中使用广泛,相对于电镀纯金基板,该基板上金焊盘楔形键合强度对于参数设置非常敏感。文章进行了LTCC基板上金丝热超声楔焊的正交试验,在热台温度、劈刀安装长度等条件不变的情况下,分别设置第一键合点和第二键合点的超声功率、超声时间和键合力三因素水平,试验结果表明第一点超声功率和第二点超声时间对键合强度影响明显。