改善放大器噪声性能的SiGe HBT几何参数优化设计

研究有源器件SiGe HBT的几何参数对单片低噪声放大器(LNA)噪声性能的影响.基于0.35μm SiGeBiCMOS工艺,研制了4款采用不同几何参数的SiGe HBT LNA.实验结果显示,在给定的偏置条件下,当发射极宽长比较小时,小范围改变发射极宽度对噪声系数(NF)改善微弱,但适当增长发射极条长和增加发射极条数明显降低了NF,且不牺牲增益.另外,与采用其他几何尺寸的SiGe HBT LNAs相比,选用器件发射极面积为AE=4μm×40μm×4的LNA性能最优,在0.2～1.2 GHz内获得低至2.7 dB的噪声系数,高达26.7 dB的相关增益和最接近于50Ω的最佳噪声源阻抗.由于没有使用占片面积大的电感,放大器芯片面积仅为0.2 mm2.     

3～6GHz SiGe HBT Cascode低噪声放大器的设计

基于Jazz 0.35μm SiGe工艺设计一款满足UWB和IEEE802.11a标准的低噪声放大器.采用并联电感峰化技术与Cascode结构来展宽带宽;完成了芯片版图的设计,芯片面积为1.16 mm×0.78 mm;在带宽为3～6 GHz范围内,最大增益为26.9 dB,增益平坦度为±0.9 dB.放大器的输入输出匹配良好,其回波损耗S11和S22均小于-10dB,输入与输出驻波比小于1.5,1 dB压缩点为-22.9 dBm.在整个频段内,放大器无条件稳定.     

一款适用于WCDMA标准的大动态范围SiGe HBT可变增益放大器设计

第三代移动通信标准WCDMA要求放大器增益可调,并且增益动态范围较大.根据这一要求给出了一种基于SiGe HBT具有高动态范围的可变增益放大器(VGA)设计.放大器为三级级联结构,第一级为输入缓冲级,第二级为增益控制级,最后为放大级.VGA的增益控制通过调整第二级的偏置实现.VGA在1.95 GHz频率下,在0～2.7 V增益控制电压变化下,具有44 dB增益变化范围,最大增益49 dB.在最大增益处最小噪声系数为2.584 dB,输入输出电压驻波比低于2,性能良好.     

新型发射极指组合结构功率SiGe HBT热分析

提出了一种发射极指分段和非均匀发射极指长、指间距组合的新型器件结构,以改善多指功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)的热稳定性。考虑器件具有多层热阻,发展建立了相应的热传导模型。以十指功率SiGe HBT为例,运用有限元方法对其进行热模拟,得到三维温度分布。与传统发射极结构器件相比,新结构器件最高结温从416.3 K下降到405 K,各个发射指上的高低温差从7 K～8 K下降为1.5 K～3 K,热阻值下降14.67 K/W,器件整体温度分布更加均匀。     

基于传输矩阵法设计分析波长可选级联DFB激光器

本文采用传输矩阵方法设计并分析一种新颖的级联DFB激光器。这种器件由两个串联光栅构成,并提供两个不同的可选波长。建立每个串联部分的传输矩阵,并推导每个部分的等效端面反射率。然后通过自洽求解增益方程,耦合波方程和电流连续性方程,利用得到的等效端面反射率分别模拟两个DFB部分的性能。模拟结果证明了这种新颖器件的可行性,通过实验获得了能够提供1.51um和1.53um可选波长的InP基多量子阱级联DFB激光器。     

采用噪声抵消技术的宽带SiGe HBT 低噪声放大器设计

宽带低噪声放大器的输入匹配需要兼顾阻抗匹配和噪声匹配.通常,这两个指标是耦合在一起的.现有的宽带匹配技术需要反复协调电路参数,在阻抗匹配和噪声匹配之间折衷,给设计增大了难度.提出一种噪声抵消技术,通过两条并联的等增益支路,在输出端消除了输入匹配网络引入的噪声,实现阻抗匹配和噪声匹配的去耦.基于Jazz 0.35 μm SiGe工艺,设计了一款采用该噪声抵消技术的宽带低噪声放大器.放大器的工作带宽为0.8-2.4 GHz,增益在 16 dB以上,噪声系数小于3.25 dB, S11在-17 dB以下.     

基于SiGe HBT 的射频有源电感的设计

基于回转器原理,提出利用两个SiGe异质结晶体管,通过采用不同组态构成四种射频有源电感,其中包括两种正电感和两种负电感,并对它们的性能进行了比较.结果表明,共射组态与共集组态构成的有源电感的性能最优异,并就此做了详细讨论.在带宽为1～15.8 GHz的范围内,其电感值可以达到1 nH以上,电感的品质因数最大值达到75.4.通过调节晶体管的偏置电压,有源电感的电感峰值在1.268 nH-1.914 nH范围内变化.电感值的可调谐性对增强电路设计的可复用性及灵活性具有现实意义.     

具有高电流处理能力的多发射极条微波功率GeSi HBT

本文对多发射极条(指)微波功率GeSi HBT进行了设计、制造和测试,并就测试结果对电流处理能力进行了研究.实验结果表明,对20～80指的GeSi HBT,发射极单位长度的电流密度I0在1.67～1.06A/cm之间变化.随发射极条数的增加,I0逐渐减少,分析认为这是由发射极条之间的热耦合引起有源区的温度非均匀分布而导致的.并且通过测试所得到的I0值,证明多指GeSi HBT可通过选择合适的发射极条数、条长和发射区面积获得更高的电流处理能力.     

免镇流电阻的非均匀发射极指间距设计对多指功率双极晶体管射频功率性能的改善

对不添加镇流电阻的非均匀发射极条间距的多发射极条异质结双极晶体管（HBT）的射频功率性能和表面温度分布进行了测量,并与常规采用镇流电阻的多发射极条功率HBT进行了比较。实验结果表明,对具有非均匀发射极条间距的多发射极条HBT,采用US QFI TMS红外测量系统测得的最高表面温度、温度分布均匀性以及采用射频测量系统测得的射频功率增益和功率附加效率,分别低于、好于和高于具有镇流电阻的多发射极条功率HBT的情况。这些结果的取得,得益于采用非均匀发射极条间距改善了多发射极条HBT的热电正反馈和不同发射极条之间的热耦合,以及摆脱了传统HBT加镇流电阻带来的对射频功率性能的负作用。     

基于噪声抵消的有源匹配SiGe HBT低噪声放大器设计

基于Jazz 0.35μm SiGe工艺,设计了一种满足2G、3G和WIMAX标准的有源匹配SiGe HBT低噪声放大器.利用共基极晶体管输入阻抗小和共集电极晶体管输出阻抗较小的特点,通过选取晶体管的结构和偏置电流,实现了输入、输出有源阻抗匹配.由于未采用占芯片面积大的电感,减少了芯片面积,芯片面积(含焊盘)仅为0.33mm×0.31 mm;由于共基极晶体管的噪声系数比共射极晶体管的噪声系数高,采用噪声抵消结构减少了其引入噪声.低噪声放大器在(0.6～3)GHz工作频带内,增益为17.8～19.2 dB,增益平坦度为±0.7 dB;有源输入、输出匹配良好;在整个频段内,无条件稳定.