K波段收发多功能GaAs MMIC芯片

介绍了一种基于0.15μm GaAs pHEMT功率工艺的K波段收发一体多功能芯片。该多功能芯片包含了功率放大器和低噪声放大器及收发开关。接收支路19.6~23.0GHz内增益大于23dB,增益平坦度为±0.2dB,输入输出驻波均小于1.8,噪声低于3.5dB;发射支路21~23GHz内输出驻波小于2.2,输入驻波小于2,增益大于25.6dB。在22GHz时饱和输出功率为23.3dBm,饱和电流170mA,效率达到25.2%。该多功能芯片接收/发射由单刀双掷开关控制。芯片尺寸为:4.1mm×2.75mm×0.05mm。     

采用电流复用拓扑的宽带收发一体多功能电路

基于标准的GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)单片微波集成电路(MMIC)工艺设计并制备了一款宽带收发一体多功能电路芯片.该多功能芯片包含了功率放大器、低噪声放大器和收发开关.放大器采用电流复用拓扑结构实现了低功耗的目标.收发开关采用浮地结构避免了使用负电源.芯片在14～ 24 GHz工作频率的实测结果显示:接收支路噪声系数小于3.0dB,增益大于18 dB,输入及输出电压驻波比(VSWR)均小于2.0,1 dB压缩点输出功率大于0 dBm,直流功耗为60 mW;发射支路增益大于21 dB,输入输出VSWR均小于1.8,1dB压缩点输出功率大于10 dBm,直流功耗为180 mW.芯片尺寸为2 600 μm×1 800 μm.该多功能收发电路的在片测试结果和仿真结果一致,性能达到了设计要求.     

基于QFN封装的X波段GaAs T/R套片设计

基于陶瓷方形扁平无引脚(QFN)封装研制出4款X波段GaAs微波单片集成电路(MMIC),包括GaAs幅相控制多功能芯片(MFC)、功率放大器、低噪声放大器、开关限幅多功能芯片.利用QFN技术将这套芯片封装在一起,组成2 GHz带宽的QFN封装收/发(T/R)组件,输出功率大于1W,封装尺寸为9 mm×9 mm×1 mm.通过提高GaAsMMIC的集成度、放大器单边加电、内部端口匹配,创新性地实现了微波T/R组件的小型化.这几款芯片中最复杂的X波段幅相控制多功能芯片集成了T/R开关、六位数字移相器、五位数字衰减器、增益放大器及串转并驱动器.在工作频段内,收发状态下,增益大于5 dB,1 dB压缩输出功率(P-1)大于7 dBm,移相均方根(RMS)误差小于2.5.,衰减均方根误差小于0.3 dB,回波损耗小于-12 dB,裸片尺寸为4.5 mm×3.0 mm×0.07 mm.     

E/D GaAs PHEMT多功能MMIC设计

基于E/D GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺研制了Ku波段多功能MMIC芯片。该MMIC集成了数字驱动器和微波电路,内含6bit数控移相器、6bit数控衰减器、3个低噪声放大器、4个数控单刀双掷开关、多个TTL数字驱动器。其中两个低噪声放大器采用了电流复用技术,总直流功耗小于275mW,实现了节能。测试结果表明:发射支路增益大于2dB,输出P1dB大于9dBm;接收支路增益大于10dB,输出P1dB大于7dBm,噪声系数小于8dB。相对移相误差均方根值(RMS)在发射和接收模式下均小于6°,附加调幅小于1.5dB;衰减误差RMS小于0.7dB,附加调相小于4°。     

基于GaN HEMT的13～17 GHz收发多功能芯片

基于GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺设计制作了一款收发(T/R)多功能芯片(MFC),主要用于射频前端收发系统.该芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关用于选择接收通道或发射通道工作,芯片具有低噪声性能、高饱和输出功率和高功率附加效率等特点.芯片接收通道的LNA采用四级放大、单电源供电、电流复用结构,发射通道的功率放大器采用三级放大、末级四胞功率合成结构,选通SPDT开关采用两个并联器件完成.采用微波在片测试系统完成该芯片测试,测试结果表明,在13～ 17 GHz频段内,发射通道功率增益大于17.5 dB,输出功率大于12W,功率附加效率大于27％.接收通道小信号增益大于24 dB,噪声系数小于2.7 dB,1 dB压缩点输出功率大于9 dBm,输入/输出电压驻波比小于1.8∶1,芯片尺寸为3.70 mm×3.55 mm.     

一种高精度宽带幅相控制多功能MMIC

利用0.15μm GaAs E/D PHEMT工艺研制了一款C-X波段多功能MMIC芯片,集成了2个驱动放大器、1个6位数控移相器、1个6位数控衰减器、4个单刀双掷开关、数字驱动器、均衡器和增益调节电路。其中移相器基于新颖的"非折叠式"兰格耦合器、改进的反射型负载,具有移相精度高、插入损耗小等优点,并内部集成对应的数字逻辑驱动电路,简化使用。多功能芯片测试结果表明:工作频带内移相误差均方根值(RMS)在发射和接收模式下均小于3°,所有移相态增益变化RMS小于0.3dB;衰减误差RMS小于0.5dB,附加调相从-4°~+6°。发射支路增益大于4dB,输出P1dB大于12dBm;接收支路增益大于3dB,输出P1dB大于10dBm。     

超宽带延时幅相控制多功能芯片的设计

针对航空航天和卫星通信等设备的需求,介绍了一款超宽带延时幅相控制多功能芯片。该芯片集成了数字和微波电路,有T/R 开关、5 位数控延时器(10 ps 步进TTD)、5位数控衰减器(1 dB 步进ATT)、2 个行波放大器、均衡器及数字电路。基于GaAs E/D PHEMT 工艺研制出了芯片实物,芯片尺寸为4.5 mm*5.0 mm*0.07 mm。采用微波在片测试系统对该幅相控制多功能芯片进行了实际测试,在3 ~ 17 GHz 频段内实现了10~310 ps 延时范围,1~31 dB 衰减范围。测试结果显示,发射/接收增益大于2 dB,发射1 dB 压缩输出功率P1 dB_Tx大于12 dBm,接收1 dB 压缩输出功率P1 dB_Rx大于10 dBm,全态输入输出驻波均小于1.7,+5 V 下工作电流130 mA,-5 V 下工作电流12 mA。衰减器全态RMS 精度小于1.4 dB,全态附加调相小于±8°。延时器全态RMS 精度小于3 ps,全态附加调幅小于±1 dB。     

基于GaAs PHEMT的6~10GHz多功能芯片

介绍了一种基于GaAs PHEMT工艺的多功能芯片(MFC)设计。该芯片主要用于双向放大,具有低噪声性能和中等功率能力。综合考虑噪声、功率、效率和有源器件的正常工艺波动,选取合适的器件及其工作点、电路拓扑结构,使电路性能达到最优。采用大信号模型、噪声模型和开关模型联合仿真完成该芯片设计,并对版图进行电磁场仿真。测试结果表明,在6~10GHz频带内:小信号增益大于18.5 dB,增益平坦度小于±0.2 dB,输入/输出电压驻波比小于1.4:1,噪声系数小于2.2 dB,1 dB压缩点输出功率大于14 dBm。芯片尺寸为2.4 mm×2.6 mm。     

小型化封装的四通道多功能电路

基于GaAs E/D赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺、多层陶瓷管壳工艺和芯片微组装工艺技术,设计并制作了一种微波小型化封装四通道多功能电路.该多功能电路集成了通道选择、6 bit移相和4 bit衰减等功能,由低噪声放大器(LNA)芯片、功分开关网络多功能芯片(MFC)、数控移相衰减多功能芯片、3-8译码器芯片和多层陶瓷外壳组成.测试结果表明,在频率为2.0～3.5 GHz时,电路增益大于16 dB,噪声系数小于1.3 dB,端口电压驻波比(VSWR)小于1.5∶1,多功能电路采用+5 V/-5 V供电,工作电流分别为110 mA@+5 V,48 mA@-5 V.多功能电路的封装尺寸为19.0 mm×17.0 mm×3.1 mm.     

集成光学光纤陀螺芯片

本文首次报道了国内研制的集成光学光纤陀螺芯片,详细描述了其设计考虑与制作。单 Y 型多功能钛扩散铌酸锂芯片包含消光比大于35dB 的薄膜波导偏振器、分束比为49.5/50.5的3dB 分束器/合束器、半波电压小于5伏的相位调制器,光纤—器件—光纤插入损耗为5.4dB。     

高芯片偏振消光比铌酸锂多功能集成光学器件

分析了铌酸锂多功能集成光学器件的偏振消光机理,设计和制作了高芯片偏振消光比的铌酸锂多功能集成光学器件。器件采用切断部分输入直波导后在切断端面选择性镀阻光膜的结构以截断射入衬底的辐射光,与芯片耦合后实现了高于85dB的芯片偏振消光比。制作的器件插入损耗小于3.5dB,分光比为48/52~52/48,半波电压Vπ小于3.5V,尾纤偏振串音小于-33dB;在-55~+85℃全温范围内,损耗变化量小于0.2dB,分光比变化小于1%,尾纤偏振串音小于-27dB,能够满足工程化应用需要。     

基于GaAs PHEMT的5～12 GHz收发一体多功能芯片

基于GaAs赝高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一种5～ 12 GHz的收发一体多功能芯片(T/R MFC),其具有噪声低、增益高和中等功率等特点.电路由低噪声放大器和多个单刀双掷(SPDT)开关构成.为了获得较低的噪声系数和较大的增益,低噪声放大器采用自偏置三级级联拓扑结构;为了获得较高的隔离度和较低的插入损耗,SPDT开关采用串并联结构.测试结果表明,在5～ 12 GHz频段内,收发一体多功能芯片的小信号增益大于26 dB,噪声系数小于4 dB,输入/输出电压驻波比小于2.0,1 dB压缩点输出功率大于15 dBm.其中,放大器为单电源5V供电,静态电流小于120 mA;开关控制电压为-5 V/0 V.芯片尺寸为2.65 mm×2.0 mm.     

一种高集成射频接收前端

采用氮化铝陶瓷基板、硅外延法制作的PIN二极管芯片、砷化镓工艺单片低噪声放大器、硅集成驱动芯片、多芯片组件工艺技术设计的接收前端,在1~4GHz频带内插入损耗小于0.4dB,可通过连续波功率80 W,噪声系数小于1.0dB,增益大于30dB,1dB压缩点输出功率大于10dBm,尺寸为6.0mm×6.0mm×1.2mm的塑料封装。高集成的射频接收前端可广泛应用于TD-SCDMA和TD-LTE系统。     

基于GaAs pHEMT的1.0～2.4 GHz放大衰减多功能芯片

基于0.25 μm GaAs赝高电子迁移晶体管(pHEMT)工艺,研制了一种1.0～2.4 GHz的放大衰减多功能芯片,该芯片具有低噪声、高线性度和增益可数控调节等特点。电路由第一级低噪声放大器、4位数控衰减器、第二级低噪声放大器依次级联构成,同时在片上集成了TTL驱动电路。为获得较大的增益和良好的线性度,两级低噪声放大器均采用共源共栅结构(Cascode)。测试结果表明,在1.0～2.4 GHz频带范围内,该芯片基态小信号增益约为36 dB,噪声系数小于1.8 dB,输出1 dB压缩点功率大于16 dBm,增益调节范围为15 dB,调节步进1 dB,衰减RMS误差小于0.3 dB,输入输出电压驻波比小于1.5。其中放大器采用单电源+5 V供电,静态电流小于110 mA,TTL驱动电路采用-5 V供电,静态功耗小于3 mA。整个芯片的尺寸为3.5 mm×1.5 mm×0.1 mm。     

带数字驱动的高集成2～18GHz时延放大多功能MMIC

基于E/D15PHEMT工艺研制了一款2~18GHz用于相控阵雷达的时延放大多功能MMIC芯片。本芯片是一款集成了放大器、单刀双置开关、六位大波长时延器、数字驱动器等功能的多功能芯片,芯片尺寸为5mm×5mm。测试结果表明:发射接收增益皆大于-2dB,P-1在整个频带内达到12dBm。时延最小步进为10ps,最大时延量630ps,时延精度在发射和接收模式下为标称值的±4%,寄生调幅小于2dB。该芯片能够抗基于HBM的250V静电电压。     

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%。     

一种用于砷化镓晶圆级堆叠的工艺技术

随着电子系统对多功能、小型化要求的不断提高，将数字控制电路、移相器、低噪声放大器等砷化镓微波集成电路（MMICs）进行3D集成是解决问题的方向。为此，设计具有数百个互连点的孔链测试结构模拟上下两层电路互连，采用砷化镓穿孔技术将正面互连压点转移到背面，研究适用砷化镓薄片的晶圆级键合技术，开发出两片式砷化镓面对背的晶圆级堆叠工艺技术，堆叠成品率达到90%以上。利用这项工艺，将砷化镓数字电路堆叠到低噪声放大器芯片上，形成了Ka波段幅相多功能电路，测试在32～38 GHz频段内，接收端增益大于21.5 dB，噪声小于4 dB，移相精度小于4°；发射端增益大于23 dB，输出功率大于25 dBm（输入功率10 dBm），移相精度小于4°。     

0.8～18 GHz放大衰减多功能芯片

文章介绍了基于GaAs0.15μmpHEMT工艺的0.8～18GHz放大衰减多功能芯片的设计,给出了在片测试结果。该芯片集成了共源共栅行波放大单元、三位数控衰减单元和三位并行驱动单元,在0.8～18GHz的超宽带频率范围内,噪声系数典型值≤4.5 dB,增益≥11 dB,且具有3 dB的正斜率,P-1大于13 dBm,输入输出驻波≤1.8,3 bit数控衰减单元2/4/8 dB,衰减精度≤0.5 dB。其中放大器采用单电源+3.3 V供电,工作电流小于60 mA,TTL驱动电路采用-5 V供电,工作电流小于3 mA。芯片尺寸为：2.6 mm×2.8 mm×0.1 mm。     

Ka波段5W GaAs PHMET功率MMIC

报道了一款采用0.15μm GaAs功率MMIC工艺研制的Ka波段功率放大器芯片。芯片采用四级放大拓扑结构,在29～32GHz频带范围内6V工作条件下线性增益25dB,线性增益平坦度小于±0.75dB;饱和输出功率大于5W,饱和效率大于20%,功率增益大于22dB;1dB压缩点输出功率大于36.5dBm,效率大于18%。     

一款0.6～4.2GHz宽带低噪声放大器设计

采用0.25μm GaAs E-pHEMT工艺设计和制作了一款0.6～4.2 GHz宽带低噪声放大器芯片。芯片采用电流复用技术,降低了整体功耗,且集成了关断(Shutdown)控制电路用于关断低噪声放大器。测试结果表明,在工作频带内,低噪声放大器增益大于23 dB,增益平坦度在2 dB左右,输入输出回波损耗小于-10 dB,噪声系数低于1 dB,输出1 dB压缩点大于17 dBm,开关时间均在30 ns左右。芯片具有宽带、噪声系数低、集成度高和低功耗等特点,在基站接收系统中具有一定的应用价值。