基于InP基HEMTs的W波段高增益低噪声放大MMIC

本文基于自主研发的InP基高电子迁移率晶体管工艺设计并制作了一款W波段单级低噪声放大单片毫米波集成电路。共源共栅拓扑结构和共面波导工艺保证了该低噪声放大器紧凑的面积和高的增益,其芯片面积为900 μm×975 μm,84 GHz-100 GHz频率范围内增益大于10 dB,95 GHz处小信号增益达到最大值为15.2 dB。根据调查对比,该单级放大电路芯片具有最高的单级增益和相对高的增益面积比。另外,该放大电路芯片在87.5 GHz处噪声系数为4.3 dB,88.8 GHz处饱和输出功率为8.03 dBm。该低噪声放大器芯片的成功研制对于构建一个W波段信号接收前端具有重要的借鉴意义。     

InAlAs/InGaAs/InP基PHEMTs小信号建模及低噪声应用（英文）

利用改进的小信号模型对采用100nmInAlAs/InGaAs/InP工艺设计实现的PHEMTs器件进行建模,并设计实现了一款W波段单片低噪声放大器进行信号模型的验证。为了进一步改善信号模型低频S参数拟合差的精度,该小信号模型考虑了栅源和栅漏二极管微分电阻,在等效电路拓扑中分别用Rfs和Rfd表示.为了验证模型的可行性,基于该信号模型研制了W波段低噪声放大器单片.在片测试结果表明:最大小信号增益为14.4dB@92.5GHz,3dB带宽为25GHz@85-110GHz.而且,该放大器也表现出了良好的噪声特性,在88GHz处噪声系数为4.1dB,相关增益为13.8dB.与同频段其他芯片相比,该放大器单片具有宽3dB带宽和高的单级增益.     

InAlAs/InGaAs/InP基PHEMTs小信号建模及低噪声应用

利用改进的小信号模型对采用100nmInAlAs/InGaAs/InP工艺设计实现的PHEMTs器件进行建模, 并设计实现了一款W波段单片低噪声放大器进行信号模型的验证。为了进一步改善信号模型低频S参数拟合差的精度, 该小信号模型考虑了栅源和栅漏二极管微分电阻, 在等效电路拓扑中分别用Rfs和Rfd表示.为了验证模型的可行性, 基于该信号模型研制了W波段低噪声放大器单片.在片测试结果表明:最大小信号增益为14.4dB@92.5GHz, 3dB带宽为25GHz@85-110GHz.而且, 该放大器也表现出了良好的噪声特性, 在88GHz处噪声系数为4.1dB, 相关增益为13.8dB.与同频段其他芯片相比, 该放大器单片具有宽3dB带宽和高的单级增益.     

硅基毫米波高增益LNA技术研究

针对W波段硅基工艺电路面临的功率增益低、效率低以及噪声差等挑战,本文研究硅基毫米波高增益低噪声放大器（Low Noise Amplifier,LNA）技术。该LNA采用带有射极电感反馈的共射放大器,并通过五级共射放大器级联构成。第一级电路通过提供最小噪声偏置电流,并利用最小噪声匹配实现低噪声性能,后级电路通过提供高增益偏置电流实现高增益性能。另外,为了减小射频信号到衬底的损耗以及信号与旁路元件的耦合,有效提高低噪声放大器的性能,用于匹配电路的电感全部采用传输线形式—接地共面波导。低噪声放大器在中心频率94 GHz处的增益S21达到25.2 dB,噪声系数NF小至5.1dB。在90～100 GHz频段内,输入反射系数S11小于-10 dB,输出反射系数S22稳定在-20 dB左右,芯片面积为500 μm×960 μm。     

D波段InP基高增益低噪声放大芯片的设计与实现（英文）

利用90nmInAlAs/InGaAs/InPHEMT工艺设计实现了两款D波段(110～170GHz)单片微波集成电路放大器.两款放大器均采用共源结构,布线选取微带线.基于器件A设计的三级放大器A在片测试结果表明:最大小信号增益为11.2dB@140GHz,3dB带宽为16GHz,芯片面积2.6mm×1.2mm.基于器件B设计的两级放大器B在片测试结果表明:最大小信号增益为15.8dB@139GHz,3dB带宽12GHz,在130～150GHz频带范围内增益大于10dB,芯片面积1.7mm×0.8mm,带内最小噪声为4.4dB、相关增益15dB@141GHz,平均噪声系数约为5.2dB.放大器B具有高的单级增益、相对高的增益面积比以及较好的噪声系数.该放大器芯片的设计实现对于构建D波段接收前端具有借鉴意义.     

Ka波段单片低噪声放大器

利用0.25 μm GaAs PHEMT工艺设计并制作了一种Ka波段低噪声放大器芯片.提出了适用于低噪声放大器的PHEMT器件特征.电路采用四级级联结构.利用微带电路实现输入、输出和级间匹配.通过对电路增益、噪声系数和驻波比等指标进行多目标优化,确定了器件参数.该放大器测试结果为:26.5～36 GHz频段内增益大于20 dB;多数测试点噪声系数小于3 dB,其中34 GHz频点噪声仅为1.94 dB;芯片面积2.88 mm×1 mm.     

（英）D波段InP基高增益、低噪声放大芯片的设计与实现

利用90-nm InAlAs/InGaAs/InP HEMT工艺设计实现了两款D波段（110~170 GHz）单片微波集成电路放大器。两款放大器均采用共源结构,布线选取微带线。基于器件A设计的三级放大器A在片测试结果表明：最大小信号增益为11.2 dB@140 GHz,3 dB带宽为16 GHz,芯片面积2.6×1.2 mm2。基于器件B设计的两级放大器B在片测试结果表明：最大小信号增益为15.8 dB@139 GHz,3dB带宽12 GHz,在130~150 GHz频带范围内增益大于10 dB,芯片面积1.7×0.8 mm2,带内最小噪声为4.4 dB、相关增益15 dB@141 GHz,平均噪声系数约为5.2 dB。放大器B具有高的单级增益、相对高的增益面积比以及较好的噪声系数。该放大器芯片的设计实现对于构建D波段接收前端具有借鉴意义。     

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。     

K波段单片接收机设计

基于0.15μm GaAs PHEMT工艺,设计了一款K波段MMIC接收机,频率覆盖19～26 GHz。在单个芯片内集成了平衡式低噪声放大器、本振驱动放大器、镜像抑制次谐波混频器等电路。在19～26 GHz射频输入带宽内的转换增益为7 dB;噪声系数典型值为4 dB;输入回波损耗-12 dB;镜像抑制15 dB;本振-射频隔离度55 dB。为了降低了芯片成本,采用电磁场仿真软件对电路面积做优化设计,使得芯片面积仅为2 mm×4 mm。此接收机MMIC具有集成度高、可靠性高、体积小等特点,可广泛应用于各种微波通信系统和雷达系统。     

基于双栅长GaN集成工艺的Ku波段收发芯片

研制了一款Ku波段GaN收发多功能芯片。芯片集成了接收通道的低噪声放大器和发射通道的功率放大器,使用单刀双掷开关实现通道间切换。该芯片采用两种不同栅长集成的GaN HEMT工艺。低噪声放大器使用0.10μm低压低噪声工艺,功率放大器和开关使用0.15μm高压高功率工艺。低噪声放大器采用电流复用结构以降低功耗,功率放大器采用三级电抗式匹配网络以提高芯片输出功率。测试结果表明,在14～18 GHz频带内,发射通道线性增益≥30 dB,饱和输出功率≥40.5 dBm,功率附加效率典型值为23%;接收通道线性增益为24 dB（±0.2 dB）,噪声系数典型值为2.3 dB,功耗仅为140 mW(5 V/28 mA)。芯片面积为4.0 mm×3.0 mm。     

宽带低噪声放大器单片微波集成电路

从行波放大器设计理论出发,研制了一款基于低噪声GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计的2~20 GHz单片微波集成电路(MMIC)宽带低噪声放大器。该款放大器由九级电路构成。为了进一步提高放大器的增益,采用了一个共源场效应管和一个共栅场效应管级联的拓扑结构,每级放大器采用自偏压技术实现单电源供电。测试结果表明,本款低噪声放大器在外加+5 V工作电压下,能够在2~20 GHz频率内实现小信号增益大于16 dB,增益平坦度小于±0.5 dB,输出P-1 dB大于14 dBm,噪声系数典型值为2.5 dB,输入和输出回波损耗均小于-15 dB,工作电流仅为63 mA,低噪声放大器芯片面积为3.1 mm×1.3 mm。     

高增益自偏S波段MMIC低噪声放大器

报道了具有高增益自偏结构的低噪声S波段MMIC宽带低噪声高增益放大器.该放大器是采用国际先进的0.25μm PHEMT工艺技术加工而成.电路设计采用了两级级联负反馈结构,并采用电阻自偏压技术,单电源供电,使用方便,可靠性高,一致性好.MMIC芯片测试指标如下:在1.9～4.2GHz频率范围内,输入输出驻波小于2.0,线性功率增益达30dB,带内增益平坦度为±0.7dB,噪声系数小于2.7dB.芯片尺寸:1mm×2mm×0.1mm.这是国内报道的增益最高,芯片面积最小的S波段放大器.     

L波段载板式双平衡限幅低噪声放大器北大核心CSCD

设计了L波段PIN限幅器芯片和低噪声放大器芯片,并将这两种芯片集成在载板上,组成小尺寸双平衡限幅低噪声放大器。低噪声放大器采用负反馈结构,降低噪声系数和改善增益平坦度。采用双平衡式结构,提高限幅器的功率容量,提高了1dB增益压缩点输出功率。对传统兰格桥结构作了改进,缩小了电路面积。该限幅低噪声放大器工作电压5V,电流40mA。测试结果显示,在频带1.2~1.4GHz内,噪声系数小于1.2dB,增益大于28dB,P1dB大于6dBm,能够承受脉冲功率150 W(脉宽200μs和占空比为20%)。体积为7.5mm×5.0mm×0.9mm。     

一个具有40dB增益、4.5dB噪声系数的应用于6-7GHz IR-UWB接收机的0.13μm CMOS射频前端设计

本文中使用0.13μm CMOS工艺实现了一款应用于脉冲式超宽带无线电的接收机射频前端电路。由于使用了欠采样的接收机架构,接收机中不再具有混频过程。因此,低噪声放大器和可变增益放大器均需要直接处理宽带射频信号。为了优化噪声和线性度,低噪声放大器使用了具有电容交叉耦合的全差分共栅结构,在1.2V电源下仅消耗了1.8mA电流。低噪声放大器之后,一个具有两级结构的电流引导型可变增益放大器被用来实现增益调节功能。同时,低噪声放大器和两级可变增益放大器共同构成了一个三级参差峰化网络,以提高接收机的总体带宽。测试结果表明,该射频前端模块在6-7GHz带宽内实现了5-40dB的增益调节范围,最小噪声系数和最大输入三阶交调分别达到了4.5dB和-11dBm。电路总体功耗为14mW,使用1.2V电源电压,核心部分芯片面积为0.58mm2.     

单片集成CMOS光接收前端电路设计

文中采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了适用于芯片间光互连的的接收机前端放大电路,将跨阻放大器(TIA)和限幅放大器(LA)集成于同一块芯片中.跨阻放大器采用调制型共源共栅(RGC)结构来提高其带宽,限幅放大器采用二阶有源反馈结构和有源电感负载来获得高的增益带宽积.整个接收机前端放大电路具有85dB中频增益,-3dB带宽为4.36GHz.芯片的面积为1mm×0.7mm,在1.8V电源电压下功耗为144mW.     

Ka频段单片低噪声放大器设计

设计了一个Ka频段低噪声放大器MMIC,该芯片采用两级放大的结构,通过调节有源器件几何尺寸(栅宽和叉指数)和源极串联负反馈,减小最佳噪声匹配点(Γo)和共轭匹配点(S1*1)之间的距离,使低噪声放大器同时获得最佳噪声匹配和共轭匹配。另一方面,在源极引入串联负反馈可提高放大器的稳定性。该放大器采用商用的0.18μm pHEMT工艺制造,芯片面积为1.4×0.9mm2。把该芯片安装在测试电路上进行测试,在29~33GHz频率范围内,实现增益大于10dB,30GHz处噪声系数约为2.3dB。     

一种极低噪声高增益微波单片低噪声放大器

报道了一种用于卫星通讯系统,基于0.5μm栅长增强型赝配高电子迁移率晶体管的两级级联微波单片低噪声放大器.采用集总参数元件来缩小电路面积进而在整个芯片内完成阻抗匹配.在50Ω端口测试条件下,该低噪声放大器在3.5～4.3GHz频率范围内,噪声系数小于0.9dB,增益大于26dB,回波损耗小于-10dB.这是至今为止报道的增益高于20dB的低噪声放大器中具有最小噪声系数的微波单片低噪声放大器,它主要归因于采用具有优异噪声性能的增强型赝配高电子迁移率晶体管以及本文提出的源极串联电感结合漏极应用一个小的稳定电阻来减小输入匹配网络寄生电阻的电路结构.     

一种极低噪声高增益微波单片低噪声放大器

报道了一种用于卫星通讯系统,基于0.5μm栅长增强型赝配高电子迁移率晶体管的两级级联微波单片低噪声放大器.采用集总参数元件来缩小电路面积进而在整个芯片内完成阻抗匹配.在50Ω端口测试条件下,该低噪声放大器在3.5～4.3GHz频率范围内,噪声系数小于0.9dB,增益大于26dB,回波损耗小于-10dB.这是至今为止报道的增益高于20dB的低噪声放大器中具有最小噪声系数的微波单片低噪声放大器,它主要归因于采用具有优异噪声性能的增强型赝配高电子迁移率晶体管以及本文提出的源极串联电感结合漏极应用一个小的稳定电阻来减小输入匹配网络寄生电阻的电路结构.     

高增益自偏S波段MMIC低噪声放大器

报道了具有高增益自偏结构的低噪声S波段MMIC宽带低噪声高增益放大器．该放大器是采用国际先进的0.25μm PHEMT工艺技术加工而成．电路设计采用了两级级联负反馈结构,并采用电阻自偏压技术,单电源供电,使用方便,可靠性高,一致性好．MMIC芯片测试指标如下：在1.9～4.2GHz频率范围内,输入输出驻波小于2.0,线性功率增益达30dB,带内增益平坦度为±0.7dB,噪声系数小于2.7dB．芯片尺寸：1mm×2mm×0.1mm．这是国内报道的增益最高,芯片面积最小的S波段放大器．     

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管（GaAs pHEMT）工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。