论文部分内容阅读
相控阵雷达波速形成机制灵活,能够有效地追踪和侦测敌军,拥有很高的军事战略意义。而收发前端是相控阵雷达的关键部件,其性能决定了相控阵雷达的波速扫描精度、发射功率以及接收灵敏度等关键技术指标。目前,雷达整机性能的提升要求其对应的收发前端朝着低成本、低功耗、轻重量以及小型化的方向发展。本文采用GF 0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计了一款全温(-55℃到125℃)工作状态下的Ku波段收发前端单片微波集成芯片,解决了目前SiGe Bi CMOS工艺中存在的温度漂移较大的难题。论文首先分析比较了现有的几种半导体集成工艺各自优缺点,指出SiGe Bi CMOS工艺兼顾性能、成本和集成度等因素,是研究目前收发前端集成芯片较好的选择。本文芯片主要研究工作由八个关键单元模块组成:六位数控衰减器(ATTR)、六位数控移相器(PS)、低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、电流源、波速形成控制模块、单刀双掷开关(SPDT)和单刀三掷开关(SP3T)。已完成单元模块及系统仿真和版图设计,并准备投片。主要研究内容如下:第一:实现了收发前端芯片的全温工作能力:改进了电流源馈电模块,降低了晶体管的温度漂移效应对放大器增益的影响;增加了增益温度补偿单元,提高了系统高低温的增益平坦度。第二:实现芯片的收发通道切换功能,可对芯片进行编程化精确控制:设计了三个开关进行收发通道的切换,并在每一个放大器中添加了电流控制模块,根据收发信号对放大器进行工作状态的切换,提高了收发通道隔离度。第三:设计了全温工作状态下的低噪声放大器和功率放大器,完成该多功能芯片的单元级和系统级电路设计仿真,并对整个系统进行设计规则检查(DRC)及物理验证检查(LVS)。在全温状态下,接收通道噪声系数不大于5dB,收发通道增益均大于20dB。第四:设计了高精度六位数控衰减器。在原有的电路结构基础上增加了相位补偿和温度补偿功能。在全温状态下,实现了衰减附加移相小于5度,衰减均方根误差小于0.8d B以及输入输出回波损耗均小于-14dB的技术指标。