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。     

低插入损耗的8-18 GHz CMOS无源延时线设计

针对采用级联延时结构的高频延时线存在损耗较高的问题,提出了一种采用0.18 μm CMOS工艺的宽带延时线集成电路芯片,其性能指标为5 bit延时控制,120 ps最大延时,3.9 ps延时分辨率。该延时电路采用二阶全通网络(all pass networks,APN)作为延时结构,并设计了一种新的群延时交错方法。该方法利用二阶APN群延时频率响应的峰值特性,从单个APN电路中提取更多的群延时,可以用较少的无源二阶APN电路实现更高的群延时,同时又能降低所设计延时线的插入损耗。采用0.18 μm CMOS工艺进行了具体实现和性能测试。结果表明,该电路芯片面积为1.2×2.7 mm2,与现有集成延时线相比,所提电路的插入损耗更低。在8~18 GHz的频率范围内,插入损耗为12.6~20.5dB,均方根延时误差小于3.3ps。     

基于三维异构集成技术的X波段4通道收发模组

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维异构集成工艺,设计了一款适用于相控阵天线系统的三维堆叠4通道T/R模组。模组由3层功能芯片堆叠而成,3层功能芯片之间采用贯穿硅通孔(TSV)和球栅阵列实现电气互连;模组集成了6位数控移相、6位数控衰减、串转并、负压偏置和电源调制等功能,最终尺寸为12 mm×12 mm×3.8 mm。测试结果表明,在X波段内,模组的饱和发射输出功率为30 dBm,单通道发射增益可达27 dB,接收通道增益为23 dB,噪声系数小于1.65 dB。该模组性能优异,集成度高,适合批量生产。     

15～17GHz高精度单片数控移相器的研制

采用南京电子器件研究所4英吋0.25μmGa AsPHEMT工艺技术,设计、制作Ku波段Ga AsMMIC六位数控移相器芯片,芯片尺寸为3mm×1.1mm×0.1mm。在15～17GHz设计频带内,该移相器具有优良的电性能,插入损耗小于9dB,移相精度(RMS)小于1°,输入输出电压驻波比小于1.4。     

Ka波段4位大波长数控时延器

基于0.15μm E/D PHEMT工艺研制了一款28~32GHz用于相控阵雷达的时延器芯片,该芯片是由4位大波长数控时延器及数字驱动器电路组成。为了增强芯片在组件中使用的灵活性,计划分成两块芯片来实现。芯片尺寸分别为1.9mm×2.2mm和2.9mm×2.2mm。实测结果:芯片总插入损耗小于24dB,在28~32GHz带宽内时延步进为33.3ps,最大时延量为500ps,时延精度小于标称值的±3%,寄生调幅小于±0.4dB。该芯片能够抗基于HBM的250V静电电压。     

一种6~18 GHz宽带高精度有源移相器

设计了一种6 bit 6~18 GHz工作频段的宽带高精度有源移相器。片上集成了输入无源巴伦、逻辑编码器、RC多相滤波器、矢量合成单元、数控单元等。该移相器的设计采用55 nm CMOS工艺实现,芯片尺寸为1.29 mm×0.9 mm,移相器核心尺寸为1.02 mm×0.58 mm。后仿结果表明,在6~18 GHz频率范围内,增益误差RMS值小于1 dB,相位误差RMS值小于0.75°,输入回波损耗、输出回波损耗分别小于-8.5 dB、-8.9 dB,芯片总功耗为20.7 mW。该6 bit移相器的相对带宽为100%,覆盖C、X和Ku波段,适用于雷达探测等领域。     

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。     

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°。     

一种5~20 GHz超宽带移相器

基于SMIC 40 nm CMOS工艺设计了一款工作频率覆盖5 ~20 GHz的超宽带6位移相器。该移相器采用矢量合成结构,核心电路包括输入巴伦、正交信号发生器、矢量合成器和数模转换电路。正交信号发生器采用三级多相滤波结构,拓展了带宽。采用低误差和电流阵列控制结构的矢量合成器,实现了高的移相精度。后仿真结果表明,该移相器输入和输出回波损耗分别小于8.85 dB和10.12 dB,RMS相位误差小于1.52°,RMS增益误差小于0.17 dB。在2.5 V电源电压下功耗为43.50 mW。芯片面积为1.06 mm×0.80 mm。     

一种超宽带正交可切换双通道接收模组

文中设计了一种超宽带双通道正交可切换接收模组,采用射频多功能基板和一体化集成金属化管壳 的SiP(System in Package)封装方案,实现了传统微波频段多通道组件的低成本、轻小型化封装集成。该接收模组工 作频带覆盖P、L、S 波段近5. 5 倍频宽度,实现双通道接收限幅、低噪声放大、通道间正交切换和时延调制功能。经 实物测试,接收模组全频带噪声系数优于1. 6 dB,单通道小信号增益大于27 dB,带内增益平坦度优于+/ -1. 6 dB,输 入输出端口驻波系数优于1. 6,正交通道间相位不平衡度小于8°,幅度不平衡度小于0. 8 dB,整个双通道接收模组 (含金属管壳封装)外形尺寸47 mm×47 mm×5. 6 mm,重量13g。     

金属陶瓷贴片封装的S波段六位数控移相器

介绍了一款自主设计采用0.25μm GaAs PHMET开关工艺制作的的S波段六位数控移相器芯片和金属陶瓷表贴管壳内的设计方法和研制结果.该移相器在工作频带2.8～3.6 GHz内64个移相态的移相精度RMS＜1.0°、插入损耗IL＜5 dB、输入输出驻波比VSWR＜1.5、幅度均衡△IL＜0.3 dB、1分贝压缩输入...     

3.6~4.7GHz低噪声放大器

以一种经典的窄带低噪声放大器结构为基础,分析级联放大器的S参数,通过优化元件参数,获得了一种在3.6~4.7 GH z范围内具有低输入回波损耗、低噪声系数的放大器。采用标准的0.18μm RF CM O S工艺进行了设计和实现。芯片面积为0.6 mm×1.5 mm。测试结果表明:在3.6~4.7 GH z的范围内,该宽带低噪声放大器输入回波损耗小于-14 dB;噪声系数小于2.8 dB,增益大于10 dB。在1.8 V电源下功耗约为45 mW。     

基于硅基堆叠SIP技术的超宽带T/R组件

传统的超宽带T/R组件采用的是两维砖块式结构,体积和重量已不适应目前小型化、低剖面、易共形的相控阵天线要求。文中提出的基于硅基堆叠系统级封装(SIP)技术,将四通道的射频芯片高度集成在硅基介质基板上,将多层介质基板厚金压合,实现多层堆叠的三维封装。通过采用芯片多功能集成技术和超宽带射频信号的垂直互连技术,设计出三维堆叠的四通道超宽带T/R组件。T/R组件带宽为6 GHz～18 GHz,单通道的发射功率优于23 dBm,接收增益优于20 dB,可实现6位数控衰减及6位数控移相,尺寸仅有13.0 mm×13.0 mm×3.4 mm。该技术可以实现多通道超宽带T/R组件的SIP封装,有利于工程应用。     

A DC-to-40 GHz four-bit RF MEMS true-time delay network

A monolithic true-time delay (TTD) network containing sixteen metal-to-metal contact RF microelectromechanical systems (MEMS) switches has been successfully fabricated and characterized. The TTD network was designed to produce flat delay time over a dc-to-40 GHz bandwidth with full 360-degree phase control at 22.5-degree intervals at 10.8 GHz. Measurements show a close match to the designed delay times for all sixteen switch states with 2.2 to 2.6 dB of insertion loss at 10 GHz. The worst group delay ripple in the dc-to-30 GHz range was 3 ps, well within the single bit delay time of 5.8 ps     

A novel loss compensation technique analysis and design for 60 GHz CMOS SPDT switch

A novel loss compensation technique for a series-shunt single-pole double-throw (SPDT) switch is presented operating in the 60 GHz. The feed-forward compensation network which is composed of an NMOS, a couple capacitance and a shunt inductance can reduce the impact of the feed forward capacitance to reduce the insertion loss and improve the isolation of the SPDT switch. The measured insertion loss and isolation characteristics of the switch somewhat deviating from the 60 GHz are analyzed revealing that the inaccuracy of the MOS model can greatly degrade the performance of the switch. The switch is implemented in TSMC 90-nm CMOS process and exhibits an isolation of above 27 dB at transmitter mode, and the insertion loss of 1.8-3 dB at 30-65 GHz by layout simulation. The measured insertion loss is 2.45 dB at 52 GHz and keeps<4 dB at 30-64 GHz. The measured isolation is better than 25 dB at 30-64 GHz and the measured return loss is better than 10 dB at 30-65 GHz. A measured input 1 dB gain compression point of the switch is 13 dBm at 52 GHz and 15 dBm at 60 GHz. The simulated switching speed with rise time and fall time are 720 and 520 ps, respectively. The active chip size of the proposed switch is 0.5×0.95 mm².     

基于空间映射的Ka频段带通滤波器设计

基于单端口群时仿真的空间映射法设计了一款六级Ka频段的毫米波带通滤波器,该滤波器被加工在氧化铝陶瓷基片上,基片的尺寸为8 mm×2.5 mm x 0.254 mm.测试结果显示,滤波器的中心频率位于30.68 GHz,3 dB相对带宽为11.5％,带内最小插入损耗约为1.75 dB.     

A Ku‐Band 5‐Bit Phase Shifter Using Compensation Resistors for Reducing the Insertion Loss Variation

This paper describes the performance of a Ku‐band 5‐bit monolithic phase shifter with metal semiconductor field effect transistor (MESFET) switches and the implementation of a ceramic packaged phase shifter for phase array antennas. Using compensation resistors reduced the insertion loss variation of the phase shifter. Measurement of the 5‐bit phase shifter with a monolithic microwave integrated circuit demonstrated a phase error of less than 7.5° root‐mean‐square (RMS) and an insertion loss variation of less than 0.9 dB RMS for 13 to 15 GHz. For all 32 states of the developed 5‐bit phase shifter, the insertion losses were 8.2 ± 1.4 dB, the input return losses were higher than 7.7 dB, and the output return losses were higher than 6.8 dB for 13 to 15 GHz. The chip size of the 5‐bit monolithic phase shifter with a digital circuit for controlling all five bits was 2.35 mm × 1.65 mm. The packaged phase shifter demonstrated a phase error of less than 11.3° RMS, measured insertion losses of 12.2 ± 2.2 dB, and an insertion loss variation of 1.0 dB RMS for 13 to 15 GHz. For all 32 states, the input return losses were higher than 5.0 dB and the output return losses were higher than 6.2 dB for 13 to 15 GHz. The size of the packaged phase shifter was 7.20 mm × 6.20 mm.     

1-18GHz GaAs单片集成电调衰减器

本文叙述了单片宽带GaAs MESFET电调衰减器的设计和制作.单片微波集成衰减器由3个MESFET按T型连接构成,整个芯片的尺寸为1.02×0.72mm.在1～18GHz范围内,插入损耗为2.0～2.7dB,各衰减状态下的输入和输出电压驻波比≤2.0,最大衰减量达20dB.在9GHz下的1dB插入压缩点功率为300mW.