超宽带SiGe HBT低噪声放大器的设计和分析

设计了一款具有电阻反馈的新型超宽带(UWB)SiGe HBT低噪声放大器(LNA).因为摒弃了使用占片面积大的电感,所以极大节省了放大器的芯片面积和制作成本.在新型放大器的反馈支路中,使用了复合分布式电阻和隔直流电容,代替了传统的单一电阻.用这种方式设计的LNA,仅通过调整与电容串联的电阻就可以极大地改善放大器的端口匹...     

改善不同环境温度下SiGe HBT热稳定性的技术

提出了发射极非均匀指间距技术以增强多发射极指SiGe HBT在不同环境温度下的热稳定性。通过建立热电反馈模型对采用发射极非均匀指间距技术的SiGe HBT进行热稳定性分析,得到多发射极指上的温度分布。结果表明,与传统的均匀发射极指间距SiGe HBT相比,在相同的环境温度及耗散功率下,采用发射极非均匀指间距技术的SiGe HBT,其最高结温明显降低,热阻显著减小,温度分布更加均匀,有效地提高了多发射极指功率SiGe HBT在不同环境温度下的热稳定性。     

UWB LNA的增益平坦化及稳定性的反馈技术

从异质结晶体管(HBT)的小信号模型着手,得到了几种不同反馈形式下HBT的S参数解析表达式。通过对比不同反馈形式的仿真结果,分析了各种反馈形式对S参数的影响,并着重研究了反馈技术对电路稳定性以及对超宽带低噪声放大器(UWB LNA)增益平坦度的影响。结果表明,采用串联电阻和电感或并联电阻和电容的电抗性负反馈,可以使S21的幅度随着频率的增大而逐渐上升,从而补偿了晶体管本身高频增益的下降,同时,也提高了整个电路的稳定性。采用这种反馈结构,设计了一款3～10 GHz超宽带低噪声放大器。仿真结果表明,该放大器在整个频带范围内无条件稳定,传输增益较高,增益平坦度较好,噪声系数较低,是一款无条件稳定并有着较好增益平坦度的超宽带低噪声放大器。     

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.     

一种电感值和Q峰值可相互独立调谐的高线性有源电感

设计了一种电感值和Q峰值可相互独立调谐的高线性有源电感。该电感主要由跨导增强模块、互补共源级模块以及单端负阻模块构成。其中,跨导增强模块不仅可以作为正跨导器,并且可实现对电感值的大范围调谐；互补共源级模块不仅可以作为负跨导器,并且可改善有源电感的线性度；单端负阻模块不仅提高了Q值,并且补偿由电感值的调谐导致的Q峰值的变化。最终,通过以上模块的相互配合及其外部端口电压的协同调控,改善了有源电感的线性度,而且实现了在同一频率下Q峰值相对于电感值可大范围独立调谐以及在不同频率下电感值相对于Q峰值可大范围独立调谐的优秀性能。验证结果表明,该有源电感电感值的-1 dB压缩点为-7 dBm；在2.07 GHz的频率下,Q峰值可从240调节到1573,而电感值从11.89 nH仅变化到12.11 nH；在0.989 GHz、2.070 GHz和3.058 GHz的不同频率下,取得了493.7、501.2和508.4的高Q峰值,变化率仅为3%,而相应频率下的电感值分别为16.1 nH、13.4 nH和6.8 nH,变化率为136.7%。     

改善SiGe HBTs热稳定性的Ge组分分布优化与设计

The impact of the three state-of-the-art germanium(Ge) profiles(box,trapezoid and triangular) across the base of SiGe heterojunction bipolar transistors(HBTs) under the condition of the same total amount of Ge on the temperature dependence of current gainβand cut-off frequency f_T,as well as the temperature profile,are investigated.It can be found that although theβof HBT with a box Ge profile is larger than that of the others,it decreases the fastest as the temperature increases,while theβof HBT with a triangular Ge profile is smaller than that of the others,but decreases the slowest as the temperature increases.On the other hand,the f_T of HBT with a trapezoid Ge profile is larger than that of the others,but decreases the fastest as the temperature increases,and the f_T of HBT with a box Ge profile is smaller than that of the others,but decreases the slowest as temperature increases.Furthermore,the peak and surface temperature difference between the emitter fingers of the HBT with a triangular Ge profile is higher than that of the others.Based on these results,a novel segmented step box Ge profile is proposed,which has modestβand f_T,and trades off the temperature sensitivity of current gain and cut-off frequency,and the temperature profile of the device.     

射频功率HBT自加热效应及补偿方法

从器件I-V特性的角度,表征了射频功率异质结双极晶体管(HBT)的自加热效应。研究了器件热阻、工作电压、电流增益、发射结价带不连续性(ΔEV)等诸多因素对器件I-V特性的影响。进而研究了为补偿自加热效应所加镇流电阻对热稳定性的改善情况,给出了器件热稳定所需最小镇流电阻(REmin)与这些因素的关系。结果表明,HBT的REmin要小于同质结双极晶体管(BJT)的REmin,因此,射频功率HBT将有更大的输出功率、功率增益和功率附加效率(PAE)。     

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。     

一种新型高线性高频有源电感

基于回转器原理,提出了一种具有高线性度、高Q值和大电感值的新型高频有源电感。将一MOS管与回转器中的负跨导器并联,形成跨导退化结构,降低了输入信号的波动的影响,实现了高线性度。在回转器的正跨导器中,引入了反馈电阻支路,增加了回转通路,实现了大电感值。将负电容电路与有源电感的输入端相连,减小了其等效输入电容和等效电阻,实现了宽工作频带与高Q值。对有源电感进行验证表明,电感工作频带为1~12GHz,在6.55GHz的高频下,Q值达到峰值566,同时,电感值可在19.6~26.3nH范围内调谐,Q值的线性度Q-1dB为-18dBm,同时在8.15GHz下,L值的线性度L-1dB为-20dBm。     

一种同时具有优秀电感值和 Ｑ 值特性的压控有源电感

提出了一种同时具有优秀电感值和Q值特性的新型压控有源电感（VCAI）,主要由回转器单元、Q值增强单元、调控补偿单元和噪声抑制单元等4个模块组成,其中回转器单元和调控补偿单元分别设置了两个外部调控电压。通过4个电路单元的相互配合和协同调节4个外部调控电压,使得VCAI不但具有高Q值、大电感值、低噪声,而且在不同工作频率下同时获得了大的电感峰值以及高的Q峰值,同时频带也可相对于电感峰值独立调谐。基于TSMC 0.13 μm CMOS进行工艺验证,结果表明,该VCAI在9.1 GHz的高频下,电感峰值和Q峰值可分别高达62052 nH和895.6;在9.4 GHz的高频下,电感峰值和Q峰值可分别高达55847 nH和861.2;工作频带可从6.12 GHz调谐到10.31 GHz,调谐比率高达68.46%,而电感峰值只在1271.1 nH ~ 1271.2 nH之间变化,变化率仅为0.0079%;最大噪声仅为3.61 nV/。