硅基毫米波衰减器集成电路研究

发布时间：2021-01-09 19:12

　　无线技术快速发展使得相控阵技术、5G通信技术、物联网技术等成为研究的热点。作为这些前沿技术中不可缺少的关键模块,射频前端芯片影响着无线系统性能的优劣。硅基集成电路由于其低成本、低功耗和高集成度的优势,在微波毫米波领域中受到学术界和工业界的关注。为实现射频前端芯片中大范围和精确的幅度控制,本文针对硅基毫米波衰减器开展了深入的研究,对于提升射频前端芯片的性能具有重要意义。首先,本文介绍和分析了集成电路中衰减器的基本结构和工作原理;并研究了衰减器中的关键技术,包括降低附加相移、减小插损、提高线性度等,为硅基毫米波衰减器的设计奠定了理论基础。基于CMOS晶体管的器件寄生参数模型,本文深入分析了硅基衰减器附加相移产生的原因,并分析了现有技术的局限性,从而提出了利用尾电容降低附加相移的方法。并联在衰减支路上的尾电容构成了一个低通滤波器,对衰减态的相位起到了补偿作用,从而降低相移。为了验证尾电容的作用,本文采用尾电容开关内嵌式衰减器结构,基于标准CMOS 180nm工艺设计了一款工作于K波段的6位低相移衰减器,其衰减步进为0.5dB,最大衰减量为31.5dB,共有64个工作状态,在测试中,其RMS附... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

信号在大气中的衰减随频率变化

（a） （b）图 3-5 （a）两个状态下的传输相位 （b）附加相移为了使得本章要设计的 K 波段的衰减器也能达到较小的相移，借鉴滤波器的相位调制的特性，本文提出了“尾电容”结构。如图 3-6（a）所示，传统 T 型结构在并联支路上引入了一个电容 CT，称之为尾电容。图 3-6（b）和图 3-6（c）分别是提出的 T 型结构在参考态和衰减态时的等效电路，引入的尾电容和衰减支路中的电阻构成了一个低通 RC 滤波器，可以利用其低通滤波的特性来补偿衰减态的传输相位。接下来将对“尾电容”的工作原理进行详细的分析。RGRGRpRBRBVCVCRsRsM1M2RpRsRsRonCoffRpRsRsRonCoff

图 3-8 式 3-21 中输出随角频率的变化图像 图 3-9 RC 滤波器相位随尾电容的变化从图 3-9 中可以看出，电路仿真所得到的相位曲线的变化曲线与数学公式推导出的结果完全一致，都是先下降至频率 ωmin对应的一个最小值，再开始上扬。公式表明当尾电容 CT越大时，转折点 ωmin就会出现在频率越低的位置，变化趋势会更加剧烈。而图 3-9 中不同电容值对应的曲线也确实证明了这一点，可以看出，当电容 CT从 200fF 变化到 800fF 时，转折点 ωmin逐渐变小，如果 CT为零，那么相位曲线将是一条平滑下降没有转折的曲线。

【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能2～18GHz超宽带MMIC6位数字衰减器[J]. 戴永胜,李平,孙宏途,徐利.  微波学报. 2012(06)
[2]CMOS毫米波亚毫米波集成电路研究进展[J]. 洪伟,陈继新,严蘋蘋,汤红军,章丽,候德彬,蒯振起,周健义,朱晓维,周后型,吴柯.  微波学报. 2010(04)



本文编号：2967236