超低附加相移0.5GHz～18GHz六位数控衰减芯片设计

在简要介绍MMIC技术的基础上论述了使用ADS仿真软件设计超低附加相移0.5GHz～18GHz六位数控衰减芯片的方法。该衰减芯片由相对独立的六位衰减单元级联而成,在0.5GHz～18GHz频带范围内,插入损耗小于5dB,衰减精度不大于±(0.2+10%A)dB;步进为0.5dB;驻波不大于1.5;附加相移不大于±3.5°;电路芯片尺寸为2.4mm×1.2mm×0.1mm。采用TTL电平逻辑控制,开关速度小于20ns。芯片背面既是直流地也是射频地,可广泛用于相控阵系统。     

一款DC～40 GHz六位数控衰减器芯片设计

针对微波通信等领域的整机系统对超宽带数控衰减器的需求,采用GaAs pHEMT 0.15μm工艺研制了一款DC～40 GHz带数字驱动的6位数控衰减器芯片。衰减器电路采用6个基本衰减单元级联结构,每个衰减单元采用合适的电路拓扑,通过合理优化后,实现了低插入损耗、高衰减精度、低衰减附加相移和小尺寸的目标。由芯片在片测试结果可知,插入损耗小于6.5 dB,输入输出电压驻波比小于1.8:1,均方根衰减精度（64态）小于0.8 dB,全态衰减附加相移小于±10°,静态功耗为3 mA@-5 V,芯片尺寸为2.08 mm×1.1 mm×0.1 mm。     

24~30 GHz高精度低附加相移数控衰减器

基于0.18 μm CMOS工艺,设计并实现了一种5位高精度低附加相移数控衰减器。该衰减器的衰减动态范围为15.5 dB,步进为0.5 dB。采用了T型衰减结构和SPDT型衰减结构的衰减网络。采用了悬浮栅和悬浮衬底,提高了衰减精度,减小了插入损耗。采用了相位补偿网络,有效降低了衰减器的附加相移。测试结果表明,在24~30 GHz频带范围内,衰减步进为0.5 dB,插入损耗小于8 dB,衰减误差均方根(RMS)小于0.45 dB,附加相移小于±5°。芯片尺寸为1.2 mm×0.3 mm。     

Ku波段6bit数字衰减器MMIC的小型化设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽(E/D)型赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了6 bit并行驱动器的数字衰减器单片微波集成电路(MMIC)。该衰减器采用T型衰减网络结构,不仅缩小了芯片面积,并且可实现较好的衰减精度和衰减附加相移。芯片在片测试结果表明,在-5 V电源电压下驱动器的静态电流为1.8 mA,响应速度为25 ns。在9~18 GHz频率范围内,衰减器芯片的插入损耗不大于3.6 dB,均方根衰减精度不大于0.7 dB,衰减附加相移为-2°~4°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.25∶1,输出VSWR不大于1.5∶1。芯片尺寸为1.6 mm×0.6 mm×0.1 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、面积小、衰减附加相移小等优点,可广泛应用于通信设备和微波测量系统中。     

带数字驱动的Ku波段6bit数控衰减器设计北大核心CSCD

采用GaAs增强/耗尽型（E/D）赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺研制了一款带数字驱动的Ku波段6bit数控衰减器微波单片集成电路（MMIC）。该MMIC将数字驱动和6bit数控衰减器集成在一起,数字驱动电路采用的是直接耦合场效应晶体管逻辑（DCFL）电路,6bit数控衰减器由6个衰减基本态级联组成。版图经过合理优化后,最终的MMIC芯片尺寸为2.4mm×1.3mm。测试结果表明,在12~18GHz,芯片可以实现最大衰减量为31.5dB,步进为0.5dB的衰减量控制。衰减64态均方根误差小于0.6dB,附加相移-2°~2.5°,插入损耗小于6.1dB,输入输出驻波比均小于1.5∶1。     

一种DC～10GHz的低附加相移高衰减精度的开关型衰减器

本文设计了一种DC～10GHz的带有低附加相移以及高衰减精度的6位开关型衰减器。分析了三种传统的开关型的T型、简化T型以及∏型衰减器的拓扑结构^[1],通过在∏型衰减器的结构中采用电感和电容补偿技术,实现在超宽带范围内的低附加相移^[2]。该基于55-nm CMOS工艺的6位衰减器,芯片核心版图面积为0.05mm²,仿真结果表明,该衰减器在DC～10GHz频段范围内的插入损耗为3dB～4.3dB,64态的回波损耗均小于10.6dB,衰减误差的均方根值小于0.18dB,64态的衰减附加相移小于2.5度,衰减器在5GHz时处于参考态下的1dB压缩点对应的输入功率为7.7dBm。     

一种7~13 GHz低插损6位数字衰减器

设计了一种基于0.25 μm GaAs p-HEMT工艺的低插损6位数字衰减器。采用Pi型衰减结构与T型衰减结构级联的方式,实现低插入损耗和高衰减精度。采用相移补偿电路减小附加相移,采用幅度补偿电路提高衰减精度。仿真结果表明,在7~13 GHz范围内,该数字衰减器的RMS幅度误差小于0.5 dB,插入损耗小于5.6 dB,10 GHz时1 dB压缩点的输入功率约为29 dBm,附加相移为-7°~+6.5°,输入输出回波损耗小于-11 dB。芯片尺寸为2.50 mm×0.63 mm。     

一种低相移衰减器

分析设计了一种低相移PIN二极管衰减器,其平均衰减相移量为0.25°/dB,工作频带为2.5～5.3GHz,在0dB和12dB衰减时,频带内各频率的相移量都在0.5°范围内,衰减0～10dB时的输入匹配性能优于10dB。     

0.5 μm GaAs PHEMT数字衰减器设计

采用0.5μm GRAs PHEMT工艺设计了两款工作于1～4 GHz的数字衰减器.一款为选择式衰减器,衰减量0.5 dB和15dB,插入损耗≤1 dB,所有衰减状态的输入输出驻波比≤1.7;另外一款为3 bit数字衰减器.衰减步进0.8 dB.最大衰减量5.6 dB,插入损耗≤1 dB,所有衰减状态的输入输出驻波比≤1.8,相对于参考态,衰减态的插入相移在-3°～2°之间.     

用于X波段相控阵系统的高线性度低附加相移数字衰减器设计

设计了一款应用于X波段相控阵系统的6位数字衰减器,该衰减器具有高线性度和低附加相移的特点。对常规开关Pi型衰减器的附加相移和线性度进行了分析,通过电感和电容补偿技术,实现了在宽带频率范围和不同衰减状态下都具有低的附加相移。此外,利用浮动衬底技术来实现较高的线性度。该衰减器基于0.13μm的BiCMOS工艺设计。仿真结果显示该衰减器的插入损耗为6.67dB,10GHz下在最小衰减和最大衰减处的1dB压缩点输入功率分别为15.5dBm和10dBm。     

一种基于相移补偿技术的Ka波段四通道幅相控制芯片

提出了一种基于衰减器附加相位补偿技术的Ka波段四通道幅相控制芯片,采用有源矢量合成移相器和无源衰减器进行高精度幅相控制,每个通道由功率放大器、有源移相器、无源衰减器、功分器等单元构成。提出了一种新颖的基于可调谐补偿电容阵列的相移补偿技术,实现了较低的衰减附加相移。测试结果表明,通道增益大于24 dB,带内增益平坦度小于2 dB,输出1 dB压缩点大于10 dBm,发射效率大于12%@P_1dB,6位RMS移相精度小于2°,5位RMS衰减精度小于1 dB,衰减相位误差小于4°。     

一种新颖的4bit和5bit超宽带GaAs单片数字衰减器

介绍了一种新颖的DC～20GHz的4bit和5bit GaAs单片数字衰减器的设计、制造和测试结果.该衰减器的设计采用纵向思维的方法.最终得到的4bit数字衰减器的主要性能指标是:在DC～20GHz频带内,插入损耗≤3.5dB,最大衰减量15dB,衰减步进1dB,衰减平坦度≤0.2dB,衰减精度≤±0.3dB,两端口所有态的电压驻波比≤1.6,相对于参考态,衰减态的插入相移在-10°～5°以内,芯片尺寸1.8mm×1.6mm×0.1mm.5bit数字衰减器的主要性能指标是:在DC～20GHz频带内,插入损耗≤3.8dB,最大衰减量15.5dB,衰减步进0.5dB,衰减平坦度≤0.3dB,衰减精度≤±0.4dB,两端口所有衰减态的电压驻波比≤1.8,相对于参考态,衰减态的插入相移在-14°～2°以内,芯片尺寸2.0mm×1.6mm×0.1mm.     

一种新颖的DC—50GHz低插入相移MMIC可变衰减器

介绍了一种新颖的DC－50GHz低相移、多功能的GaAs MMIC可变衰减器的设计与制作，获得了优异的电性能。微波探针在片测试结果为：在DC－50GHz频带内，最小衰减≤3.8dB，最大衰减≥35&;#177;5dB，最小衰减时输入／输出驻波≤1.5，最大衰减时输入／输出驻波≤2.2，衰减相移比≤1.2&;#176;/dB。芯片尺寸为2.33mm&;#215;0.68mm&;#215;0.1mm。芯片成品率高达80％以上，工作环境温度达125℃，可靠性高，稳定性好。     

GaAs单片集成宽带衰减器

介绍GaAs单片集成衰减器的研究与制作。所研制的衰减器在DC—10GHz的频率范围内，插入损耗小于1．5dB，衰减量大于15dB，驻波小于2．0：1；其中在DC—6GHz的频率范围内，衰减量大于25dB．驻波小于1．5：1，衰减波纹小于0．5dB。     

基于金属陶瓷贴片封装的数控衰减器设计

衰减器作为幅度调制器件被广泛用于电子战、雷达、测试设备、通信等各种微波领域。随着信息革命的深入发展,通信、雷达、测试设备等各种微波领域的电子设备趋向于小型化、低成本,对元器件的体积、功耗、可靠性、使用方便性的要求越来越高。文章介绍了一款采用GaAsPHEMT工艺和金属陶瓷贴片封装制作的L波段高精度单片六位数控衰减器的设计方法和研制结果。测试结果表明在频率为DC～2GHz内,衰减步进0.5dB,衰减范围0～31.5dB,插入损耗IL<2.5dB,输入输出驻波比VSWR<1.4,衰减精度|△A_i|<(0.2+3%A_i)dB。附加相移|△φ|<3°,控制方式为TTL电平。     

5～40GHz CMOS衰减器的设计与实现

基于GF 8HP 0.12 μm BiCMOS工艺设计并实现了一款应用于相控阵系统的具有低幅度均方根(RMS)误差的单片集成5～40 GHz5 bit数控衰减器.该衰减器采用桥T和单刀双掷(SPDT)开关结构,其中的NMOS开关管通过采用体端悬浮技术,改善了衰减器在全部衰减态下插损的平坦度,降低了衰减器的插损,提高了衰减器的线性度.测试结果显示,在5 ～ 40 GHz频段内,该5 bit数控衰减器的插损最小值为5.7 dB,最大值为14.2 dB,幅度均方根误差小于0.39 dB,相移均方根误差小于5.7°,1 dB压缩点输入功率大于+11 dBm,芯片核心面积为0.86 mm×0.39 mm.     

一种晶圆级封装的MEMS数控衰减器

设计实现了一种晶圆级封装的三位MEMS数控衰减器，工作频段DC～15 GHz，衰减范围0～35 dB，步进5 dB。衰减器采用MEMS工艺实现，信号传输采用共面波导（CPW）结构，6个直接接触式悬臂梁MEMS开关对称放置实现不同衰减量的切换，每个开关带有三个触点，电阻网络采用T型结构，整个衰减器实现晶圆级封装。测试结果显示，DC～15 GHz频段内实现了8个衰减态，衰减器插入损耗小于1.7 dB，回波损耗小于-15 dB，衰减平坦度小于±5%，功耗几乎为零。芯片尺寸为2.7 mm×2.7 mm×0.8 mm。     

S波段高精度小量化台阶衰减网络的研究

介绍了S波段高精度小量化台阶Π型电阻衰减器的设计原理,并对其特性进行了分析。当衰减量不大于15dB时衰减量频率响应曲线较平坦,衰减量超过22dB频率响应曲线抖动加剧。在衰减量大于22dB后,即使R1增加很多,衰减量也不会有多大提高,且驻波性能变差。通过专用测试电路,获得了这种衰减器的幅、相频特性,并成功应用于某型号产品的和差波束形成网络的设计。     

一种X波段低附加相位的6位单片数控衰减器

提出了一种X波段低附加相位的6位单片数控衰减器。采用一种改进型开关T型衰减网络,实现了2 dB与4 dB的衰减位。网络在整个带宽内具有良好的附加相位特性。其他各衰减位采用了基于传输线的相位补偿结构。该6位单片数控衰减器基于0.25 μm GaAs工艺进行流片与验证,芯片面积为(2.2×1.4) mm²。测试结果表明,在整个带宽内,该数控衰减器的插损小于4.1 dB,输入输出回波损耗小于-10.7 dB,RMS幅度误差小于0.26 dB,RMS相位误差小于2.4°。     

GaN MMIC六位数字衰减器的设计

基于GaN HEMT工艺成功研制出一款宽带六位数字衰减器,衰减范围为0～31.5 dB.通过研究GaN HEMT开关器件模型及电阻式衰减网络,选取合适的衰减器拓扑,减小了衰减器的插入损耗,提高了衰减精度,缩小了芯片尺寸.测试结果表明,在2～ 18 GHz频带内,该衰减器的插入损耗小于4.8 dB,64态衰减精度均方根误差小于0.6 dB,输入回波损耗小于-13 dB,输出回波损耗小于-12.5 dB,附加相移为-14°～4°.在10 GHz下,其1 dB压缩点输入功率达到34.5 dBm.裸片尺寸为2.30 mm× 1.10 mm.