一种大功率高效率的Ku波段SiGe硅功率放大器设计

采用SiGe BiCMOS工艺设计了一款大功率高效率硅基功率放大器芯片,用于驱动现有大功率GaN功率放大器芯片,满足相控阵雷达的低成本需求。该硅基功率放大器通过和低噪声放大器、驱动放大器、数控移相器、数控衰减器、单刀双掷开关、电源管理以及数字逻辑单元等硅基电路进一步集成,实现了一片式高集成度硅基幅相多功能芯片,从而降低了前端收发组件的尺寸和成本。在硅基功率放大器设计中,结合Stack结构、变压器耦合结构和有源偏置结构,开展电路设计及优化,提高了放大器的输出功率和效率。测试结果表明:研制的硅基功率放大器在Ku波段f_1~f_2(3GHz带宽)频带内,实现了小信号增益31dB;在-3dBm输入功率条件下,实现发射功率21.5dBm、功率附加效率(PAE)25%等技术指标。集成功率放大器的幅相多功能芯片在f_1~f_2(3GHz带宽)频带内,实现了发射通道增益24dB;在5dBm输入功率条件下发射功率21.5dBm、功率附加效率(PAE)23%等技术指标。     

SiGe异质结微波功率晶体管

本文述评了SiGe异质结微波功率晶体管的特性、结构、工艺及研究进展。     

SiGe HBT的速度优化设计

从理论分析角度介绍了优化SiGe异质结晶体管速度的方法。结合双极晶体管的工艺限制，介绍了SiGeHBT的基本原理，讨论了SiGeHBT的发射区／基区／集电区设计。最后，以一个100GHzfmax和fT的HBT为例，对电路制作工艺参数进行了讨论。     

SiGe HBT及其应用

介绍SiGe异质结双极晶体管HBT的优点、特性、结构、工艺和应用。     

基于SiGe HBT的射频功率放大器

基于国内的0.18μm SiGe BiCMOS工艺,针对该工艺下SiGe HBTs功率器件击穿电压、工作频段的稳定性和最优负载阻抗值等方面的研究,给出了功率放大器的设计优化过程,比较了功率SiGe HBTs在共射和共基两种结构下的频率与最大功率增益性能.实现了一款应用于2.4GHz无线通信的全集成A类功率放大器.测试结果表明:S11-13dB,S22-10dB,S21=13.8dB,输出1dB压缩点为10.97dBm,饱和输出功率为16.7dBm.     

SiGe HBT及高速电路的发展

详细讨论了SiGeHBT的直流交流特性、噪声特性,SiGeHBT的结构、制作工艺、与工艺相关的寄生效应、SOI衬底上的SiGeHBT等,以及它在高速电路中的应用,包括低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA),电压控制振荡器(VCO)以及涉及到的无源器件等。     

非均匀条间距结构功率SiGe HBT

成功研制出非均匀发射极条间距功率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HBT相比,非均匀结构HBT的峰值结温降低了22K.在不同偏置条件下,非均匀结构SiGe HBT均能显著改善芯片表面温度分布的非均匀性.由于峰值结温的降低以及芯片表面温度分布非均匀性的改善,采用非均匀发射极条间距结构的功率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.     

GaN HEMT工艺的X波段发射前端多功能MMIC

采用0.25 μm GaN HEMT 工艺,研制了一款X 波段发射前端多功能MMIC,片上集成了一个单刀双掷(SPDT)开关和一个功率放大器电路。其中SPDT 开关采用对称的两路双器件并联结构,功率放大器采用三级放大拓扑结构设计,电路采用电抗匹配方式兼顾输出功率和效率。测试结果表明,在8～12 GHz 频带内,芯片发射通道饱和输出功率为38.6～40.2 dBm,功率附加效率为29%～34.5%,其中开关插入损耗约为0.8 dB,隔离度优于-45dB。该芯片面积为4 mm×2.1 mm。     

SiGe材料及其在双极型器件中的应用

SiGe材料具有很多独特的性质,高性能的应变SiGe外延层能够将能带工程的概念引入到传统的S基材料中去。外延SiGe合金使得在Si基材料上制作性能优异的双极晶体管成为可能。本文回顾了siGe材料和SiGe异质结双极晶体管的最新研究进展,包括它们的结构、性能、制作工艺、优点以及未来发展方向等。     

基于SiGe BiCMOS工艺的90~100 GHz单刀双掷开关

采用0.13 μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一种频带为90~100 GHz的差分单刀双掷开关。首先对比分析了并联MOS管与串联MOS管,根据隔离度与损耗性能选择了并联结构。其次采用差分螺旋电感进行匹配,将双端口电感网络等效为变压器模型,显著抑制了共模信号。采用平面三维电磁仿真软件进行联合仿真。结果表明,在中心频点处,差模插入损耗为-4.1 dB,共模插入损耗为-7.4 dB,隔离度大于-22 dB,输入反射系数S₁₁<-12 dB,输出反射系数S₂₂<-10 dB。芯片尺寸为570 μm×140 μm。     

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。     

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°。     

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。     

一种基于SiGe工艺的多功能下变频芯片的设计与实现

随着射频收发组件小型化的要求越来越高,射频单片集成电路向小型化和多功能化方向发展。基于TSMC 0.35 mm SiGe 工艺成功研制了一款多功能下变频芯片。片上集成了正交(I/ Q)混频器、有源巴伦、多相滤波器、输出缓冲器和LDO。通过对整个电路合理的版图设计,实现了芯片的小型化,芯片裸片尺寸仅为2.2 mm′1.5 mm。测试结果表明,多功能下变频芯片射频和本振频率范围为900 ~1300 MHz,中频频率范围100 ~500 MHz,具有良好的正交宽中频输出特性,匹配良好;变频增益大于-1 dB,1 dB 压缩输入功率可达到8 dBm,线性度良好;本振输入功率0 dBm,整个电路功耗为0.45 W。     

简易多功能遥控器设计

CD4017是十进制计数器/分配器,CD4066是四双向模拟开关,广泛应用于电子技术的各个领域。文中主要介绍利用CD4017集成计数/分配器、四双向模拟开关构成具有10种控制功能的遥控器,以方便残疾人士操纵电视等电器的遥控器,使残疾人与普通人一样能够方便地收看电视节目,该设计对丰富残疾人士的日常生活起着重要作用。     

相控阵芯片幅相自校准算法及电路实现

为了改善波束成形质量,基于相控阵芯片幅度和相位校准系统,提出了一种校准算法。在计算出每个状态的误差后,只需要遍历一次所有相控阵芯片的状态,就可以筛选出目标状态,生成查找表。筛选时,对每个状态的幅度误差、相位误差和使用CORDIC计算出的所有目标状态的RMS误差进行约束,可以使相控阵芯片实现误差(RMS)小于2°的6位移相(360°)和误差(RMS)小于0.3 dB的6位衰减(32 dB)。与穷举搜索和逐次逼近的方式相比,提出的校准算法节省了LUT的生成时间。根据此算法,使用65 nm CMOS工艺设计了一个自校准芯片,面积为584 613.16μm²。     

串转并数控集成宽带幅相控制MMIC

基于NEDI 0.15μm E/D GaAs PHEMT工艺,研制出了一款集成了6位移相器、6位衰减器和24位串转并数字驱动器的X-Ku波段宽带幅相控制多功能芯片。其中衰减器采用了电容补偿T型开关衰减结构和电感校正π型开关衰减结构,具有衰减精度高和相位变化小等优点。24位串转并数字电路极大地减少了MMIC控制线的数目,且具有存储两个控制码的能力。测试结果表明:在8~18GHz频带内,插入损耗为-9.8~-12.2dB,移相误差均方根值(RMS)小于8°,移相幅度均衡小于±1.2dB。衰减误差RMS小于1.2dB,衰减附加相移RMS小于6°,输入输出驻波小于1.8。24位串转并数字电路时钟频率为17 MHz,高低电平的阈值电压分别为3.6V和3.4V。     

基于PN码的多通道幅相测量设备设计及实现

为测量校准信号源的幅度相位一致性,设计并实现了一种基于可编程门阵列的多通道幅相测量设备。该设备利用伪噪声(PN)码的伪随机性,采用相关解调的方法,在射频直接采样,减少了测量设备带来的幅度相位测量误差,并提高了测量精度。在多通道间的幅度相位差测试结果证明,幅度相位测量精度分别达到0.2 dB和2°。     

Ku频段低相噪捷变频频率综合器设计

介绍了一种Ku频段低相噪捷变频频率综合器设计方法。对接收本振源和发射激励源采用一体化设计,由于采用DDS PLL的方式,使此频率综合器在Ku频段上相噪优于-90dBc/Hz@1kHz,跳频时间小于10μs,激励源在Ku频段输出线性调频信号。     

Tailoring Terahertz Propagation by Phase and Amplitude Control in Metasurfaces

Metasurfaces have been very successful at demonstrating the ability to control the wave propagation over the broad electromagnetic spectrum in recent years. The output wavefronts can be controlled at will, by encoding specially designed abrupt changes of electromagnetic parameters into the metasurfaces, such as phase and amplitude. Constituted by a single- or few-layer of planar structures, metasurfaces are straightforward in design and fabrication, thus promising many credible applications. Moreover, such control concept can be further extended to the surface wave regime. In this review, we present our recent progress on metasurfaces capable of tailoring the propagation of both free-space and surface terahertz waves. Following an introduction of the basic concept and theory, a number of unique terahertz metasurfaces are presented, showing the ability to device ultra-thin and compact functional terahertz components.