基于BiCMOS工艺超宽带可变增益放大器的研究与设计

发布时间：2018-06-24 22:24

  本文选题：X波段 + Ku波段　； 参考：《西安电子科技大学》2015年硕士论文

【摘要】：超宽带可变增益放大器广泛应用于矢量合成移相器、无线通信收发机、相控阵系统、微波毫米波成像系统和光通信系统,用以最大化整个系统的增益动态范围。随着硅基半导体制造工艺的发展,锗硅异质结晶体管工艺下双极型晶体管的高频性能能够媲美于Ⅲ-Ⅳ族化合物工艺,同时具有高良率、大批量生产、较低的成本、能与传统硅工艺兼容和易于实现单片集成的特点,使得价格低廉的民用相控阵系统成为可能。本文首先从三个角度对可变增益放大器进行了分类,并详细阐述了可变增益放大器的主要性能指标及其重要性。通过理论分析,得出了可变增益放大器的dB线性控制特性是自动增益控制(AGC)环路保持恒定稳定时间的充分条件这一结论。结合近年来发表的文献研究了d B线性控制特性、线性度和附加相移这三个可变增益放大器关键性能的优化技术。电流舵结构具有增益动态范围大,高频性能好,输入阻抗不随控制信号变化等优点,因而选定电流舵结构作为论文中所设计的射频前端超宽带可变增益放大器的核心结构。为了达到预定的性能指标,需要改进传统的电流舵结构。通过引入控制电压产生电路来展宽传统电流舵结构的dB线性控制增益动态范围,引入发射极负反馈电容来展宽传统电流舵结构的带宽并提升其线性度。然后基于Tower JAZZ 0.18μm SiGe BiCMOS工艺采用改进后的电流舵结构设计了射频前端超宽带可变增益放大器的核心电路。设计了数模转换电路实现数字控制功能,并为了满足测试需求完成了输入输出匹配电路设计。最后,在对版图设计规则的深刻理解的基础上,完成了版图设计、DRC检查、LVS检查、参数提取并实现后仿真。通过迭代进行前仿真和后仿真,优化设计参数和版图,直到后仿真结果令人满意。另外,同样基于Tower JAZZ 0.18μm SiGe BiCMOS工艺,论文提出了一款新型的面向基带超宽带可变增益放大器,该放大器采用跨导可变和负载可变增益控制机理实现,具有结构简单、dB线性控制特性、面积小、带宽大、鲁棒性好和增益动态范围大等优点。论文中所设计的射频前端超宽带可变增益放大器采用Tower JAZZ 0.18μm SiGe BiCMOS工艺流片。测试结果表明在X和Ku波段内达到了31dB的增益动态范围,增益步进为1dB,输入输出回波损耗均小于-10dB,最大增益状态时输出1dB压缩点为-17.8dBm@12GHz,附加相移小于24°。
[Abstract]:UWB VGA is widely used in vector synthesizer, wireless transceiver, phased array system, microwave millimeter wave imaging system and optical communication system to maximize the dynamic range of gain of the whole system. With the development of silicon based semiconductor manufacturing process, the high frequency performance of bipolar transistors under the technology of germanium and silicon heterojunction transistors is comparable to that of 鈪，

本文编号：2063236