SiGe HBT低噪声放大器的设计与制造

该文设计和制作了一款单片集成硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)低噪声放大器(LNA)。由于放大器采用复合型电阻负反馈结构,所以可灵活调整不同反馈电阻,同时获得合适的偏置、良好的端口匹配和低的噪声系数。基于0.35 m Si CMOS平面工艺制定了放大器单芯片集成的工艺流程。为了进一步降低放大器的噪声系数,在制作放大器中SiGe器件时,采用钛硅合金(TiSi2)来减小晶体管基极电阻。由于没有使用占片面积大的螺旋电感,最终研制出的SiGe HBT LNA芯片面积仅为0.282 mm2。测试结果表明,在工作频带0.2-1.2 GHz内,LNA噪声系数低至2.5 dB,增益高达26.7 dB,输入输出端口反射系数分别小于-7.4 dB和-10 dB。     

高热稳定性多发射极功率SiGe HBT的研制

成功研制出具有非均匀发射极条间距结构的多发射极功率SiGe 异质结双极晶体管（HBT）,用以改善功率器件热稳定性。实验结果表明,在相同的工作条件下,与传统的均匀发射极条间距结构HBT相比,非均匀发射极条间距结构HBT的峰值结温降低了15.87K。对于同一个非均匀发射极条间距结构SiGe HBT,在不同偏置条件下均能显著改善有源区温度分布。随着偏置电流IC的增加,非均匀发射极条间距结构SiGe HBT改善峰值结温的能力更为明显。由于峰值结温的降低以及有源区温度分布非均匀性的改善,非均匀发射极条间距功率SiGe HBT可以工作在更高的偏置条件下,具有更高的功率处理能力。     

有源电感复用型2.4GHz/5.2GHz双频段LNA

采用可调谐有源电感复用结构,设计了一款用于3G TD-SCDMA和WLAN的2.4GHz/5.2GHz双频段低噪声放大器(DB-LNA)。2.4GHz频段电路采用折叠共源共栅(FC)结构,5.2GHz频段电路采用共栅(CG)结构。FC和CG结构均采用可调谐有源电感,通过调谐有源电感的等效阻抗,优化匹配到源阻抗。基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,实现了有源电感复用型DB-LNA。ADS仿真结果表明,频率为2.4GHz时,S21=35dB,NF=4.42~4.59dB,IIP3=0dBm,P-1dB=-14dBm;频率为5.2GHz时,S21=34dB,NF=2.74~2.75dB,IIP3=-5dBm,P-1dB=-9dBm。     

有源电感复用型2.4 GHz/5.2 GHz双频段LNA

采用可调谐有源电感复用结构,设计了一款用于3G TD-SCDMA和WLAN的2.4 GHz/5.2 GHz双频段低噪声放大器(DB-LNA)。2.4 GHz频段电路采用折叠共源共栅(FC)结构,5.2 GHz频段电路采用共栅(CG)结构。FC和CG结构均采用可调谐有源电感,通过调谐有源电感的等效阻抗,优化匹配到源阻抗。基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺,实现了有源电感复用型DB-LNA。ADS仿真结果表明,频率为2.4 GHz时,S₂₁=35 dB,NF=4.42～4.59 dB,IIP3=0 dBm,P-1dB=-14 dBm;频率为5.2 GHz时,S₂₁=34 dB,NF=2.74～2.75 dB,IIP3=-5 dBm,P-1dB=-9 dBm。     

Improving the quality factor of an RF spiral inductor with non-uniform metal width and non-uniform coil spacing

An improved inductor layout with non-uniform metal width and non-uniform spacing is proposed to increase the quality factor(Q factor).For this inductor layout,from outer coil to inner coil,the metal width is reduced by an arithmetic-progression step,while the metal spacing is increased by a geometric-progression step. An improved layout with variable width and changed spacing is of benefit to the Q factor of RF spiral inductor improvement(approximately 42.86%),mainly due to the suppression of eddy-current loss by weakening the current crowding effect in the center of the spiral inductor.In order to increase the Q factor further,for the novel inductor, a patterned ground shield is used with optimized layout together.The results indicate that,in the range of 0.5 to 16 GHz,the Q factor of the novel inductor is at an optimum,which improves by 67%more than conventional inductors with uniform geometry dimensions(equal width and equal spacing),is enhanced by nearly 23%more than a PGS inductor with uniform geometry dimensions,and improves by almost 20%more than an inductor with an improved layout.     

版图尺寸对SiGe/Si HBT高频噪声特性的影响

从实验上研究了版图尺寸对Si/SiGe HBT高频噪声特性的影响。结果表明,在现有工艺条件下,减少外基区电阻(即减少发射极与基区间距),对降低高频噪声很显著。增加基极条数、增加条长也可减少基极电阻,降低高频噪声。发射极条宽从2μm减少为1μm,对噪声的改善很有限。对1μm或2μm条宽,40μm条长的5个基极条或9个基极条的SiGe HBT,在片测试表明,频率从0.4 GHz增加到1.2 GHz,噪声系数在2.5~4.6 dB之间变化。     

一种电流舵结构大范围连续可变增益LNA

设计了一款应用于4G(TD-LTE)的可变增益低噪声放大器(VGLNA)。输入级采用共栅极跨导增强结构,实现了电路的输入阻抗匹配,并且加入共栅极噪声抵消电路,降低了电路的噪声系数;第2级采用改进型电流舵结构,实现了电路的增益大范围连续可变;输出级采用源跟随器,实现了良好的输出阻抗匹配。基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺,利用安捷伦射频集成电路设计工具ADS2009进行仿真验证。结果表明:在1.88~2.65 GHz频段内,该LNA在2.7~39.3 dB增益范围内连续可变,且输入端口反射系数S₁₁小于－10 dB,输出端口反射系数S₂₂小于－20 dB,最小噪声系数NF为2.6 dB,最大3阶交调点IIP3达到2.7 dBm。     

基于3DSMAX的电机虚拟维修训练系统设计

针对传统电机维修培训花费时间长、效率低、投资大、设备易损坏的问题,设计基于3DSMAX的电机虚拟维修系统。首先根据电机的结构尺寸图和装配图利用3DSMax建立虚拟电机模型,再将模型导入PostEengineer平台进行人机交互系统开发,成功完成了电机虚拟维修系统。该系统不仅实现了3DSMax与Postengineer平台的有效结合,而且平台特有的二次脚本处理减少了人力成本提高了开发效率。研究表明,基于3DSMAX的电机虚拟维修系统可以帮助学员在计算机上更好的完成电机维修培训,快速掌握电机故障的基本表现和原因以及维修方法,与传统培训相比,场地需求小,训练成本低,培训周期缩短。     

一种采用噪声抵消及多重功耗优化技术的UWB-LNA

采用噪声抵消及多重功耗优化技术,提出了一种超宽带低噪声低功耗放大器。它主要包括采用RL网络的共栅输入级、电流复用型噪声抵消级、放大输出级以及偏置电路四个部分。验证结果表明,该放大器,在2-6GHz频带内,增益(S21)可以在14dB以上;输入回波损耗(S11)小于-10dB;输出回波损耗(S22)小于-25dB;噪声系数(NF)小于3.2dB;在3.8V的工作电压下,功耗仅为14mW。     

高占空比大功率激光器阵列

设计并研制了1cm长折射率渐变分别限制单量子阱(GRIN—SCH—SQW)单条激光器阵列。占空比为20％，在70A工作电流下，输出功率达到61．8W，阈值电流密度为220A／cm^2，斜率效率为1．1W／A，激射波长为808．2nm。