基于SiGe工艺的Ka波段收发芯片关键技术研究
随着有源相控阵技术在现代雷达与通信系统中的广泛应用，对相控阵系统的成本、功耗、体积都提出了越来越严苛的要求。相控阵系统的性能受制于其中的收发（T/R）组件芯片，其成本中的很大比重也是在芯片上。III-V 族化合物半导体是收发芯片采用的主流工艺，具有频率高、功率大、噪声低等优点。但是其成本也高，且难以与基带芯片、数控芯片集成。Si工艺和SiGe工艺，虽然整体性能不及III-V族化合物半导体，但在成本和集成度上具有很大优势，并且SiGe工艺在频率特性上也不输于传统GaAs工艺。目前采用Si或SiGe工艺设计高集成度的相控阵片上系统，也是国内外一个发展趋势，对其展开研究非常有意义。 本文基于GF 0.13um SiGe BiCMOS工艺设计了一款Ka波段（33~37GHz）的收发芯片，研究了其中的关键技术。具体工作内容如下： 1. 在收发芯片系统设计中，比较了各种架构，分配了单元模块指标，介绍了SiGe工艺以及探讨了各种片上隔离技术。 2. 设计了一个小型化的单刀双掷开关，具有3dB以内插损以及30dB左右隔离度。设计了一个全温（-55℃~125℃）工作的5位数控衰减器，衰减器具有温度补偿与相位补偿特性，RMS衰减误差常温下小于0.22dB，低温下最差0.43dB，RMS相移误差均小于5.6°。衰减器的实际测试结果与仿真具有较好的一致性。 3. 基于SiGe HBT的电路模型，计算并分析了毫米波频段下的cascode结构的电路特性，温度特性。在此基础上，设计了补偿放大器，低噪声放大器，功率放大器。并且针对高低温放大器性能波动过大的问题，本文还设计了包含电流源、非对称差分对PTAT电压产生电路、LDO等模块的温度补偿电路。低噪放大器兼顾了噪声和线性度，常温下33GHz~37GHz内，噪声系数小于3.76dB，输入1dB压缩点-10.3dBm。功率放大器增益约26dB，输出1dB压缩点约10.9dBm。 4. 给出了收发芯片的系统后仿结果，以及数控衰减器在常温、-55℃、125℃时的实测结果。在频带33GHz~37GHz范围内，系统后仿结果：接收通道增益大于13.6dB，噪声系数小于10.4dB，输入1dB压缩点约-14.1dBm；发射通道增益大于14.1dB，输出1dB压缩点约6.8dBm。衰减器实测结果RMS衰减误差常温下小于0.26dB，-55℃下小于0.26dB，125℃小于0.47dB，附加相移RMS误差常温小于5.5°，-55℃下小于8.5°，125℃下小于2.4°。
Ka波段收发芯片;SiGe工艺;cascode结构;功率放大器;温度补偿电路
电子科技大学
硕士
电磁场与微波技术
延波
2018
中文
TN40
77
2018-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）