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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°。