一种高性能X波段GaAs开关滤波器芯片
发布时间：2021-01-20 11:53
基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）工艺,研制了一款高性能X波段四路开关滤波器微波单片集成电路（MMIC）芯片。芯片内集成了输入和输出单刀四掷（SP4T）开关、驱动器和带通滤波器,实现了开关滤波功能。输入和输出SP4T开关结构相同,各支路都采用串-并联混合形式实现。驱动器集成在片内,由一位低电平（0～0.4 V）或高电平（3.3～5.5 V）信号控制SP4T开关中某一支路的导通或关断。带通滤波器采用分布参数梳状线结构,开路端加载金属-绝缘体-金属（MIM）电容,减小滤波器尺寸的同时拓宽了其阻带带宽。该开关滤波器芯片频率覆盖9.85～12.4 GHz,尺寸为4.5 mm×4.5 mm×0.15 mm。探针在片测试结果表明,开关滤波器芯片4个支路的中心插入损耗均小于6.2 dB,通带内回波损耗优于17 dB,典型的带外衰减大于40 dB。
【文章来源】：半导体技术. 2020,45(08)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
开关滤波器芯片工作原理框图
开关滤波器芯片的输入和输出PHEMT SP4T开关的电路如图2所示,图中V1～V8为对应PHEMT的控制电压,Rg为对应PHEMT的偏置电阻。SP4T开关的4个支路电路结构完全一样。通过驱动器控制该电路中4个支路的导通或关断状态,SP4T开关总是1路处于导通状态,其他3路处于关断状态。2.2 带通滤波器的设计
在射频微波频段,滤波器的实现方式有两种:集总参数方式和分布参数方式。在X波段一般采取分布参数方式实现带通滤波器。分布参数带通滤波器常见的结构有梳状型、交指型、发卡型等。考虑到开关滤波器芯片每个支路的带宽和带外衰减等指标要求,本文中4个滤波器都采用切比雪夫函数响应的5节梳状型带通滤波器结构。一般情况下梳状型滤波器中每节梳状线谐振器的长度为四分之一波长,在GaAs衬底上X波段四分之一波长线的物理长度大于1.7 mm,为了在4.5 mm×4.5 mm面积内集成4个滤波器,需要压缩梳状线谐振器的长度。本文中的滤波器通过在梳状线谐振器的一端加载MIM电容以减小滤波器宽度,同时能得到较宽的阻带。GaAs平面集成MIM电容结构如图3所示。滤波器的输入输出采用抽头式耦合结构。梳状线带通滤波器的物理尺寸可以通过平行耦合线奇偶模理论计算得到[7],但是过程繁琐,计算效率低。本文通过耦合系数法确定滤波器的物理尺寸。首先根据滤波器性能指标要求,选取归一化低通原型滤波器电路中的各元件(电容或电感元件)值gi(i=1,2,…,n,其中i为元件编号,n为滤波器阶数),再计算滤波器各谐振器间的耦合系数ki,i+1及外部品质因数Qe[8],即
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于倒装应用的单刀双掷开关MMIC设计[J]. 高显,何庆国,白银超,王凯. 半导体技术. 2016(12)
[2]DC～35GHz超宽带单刀四掷开关单片集成电路[J]. 谭超. 半导体技术. 2013(08)
[3]2～12GHz集成E/D驱动功能的数控衰减器单片[J]. 刘志军,陈凤霞,高学邦,崔玉兴,吴洪江. 半导体技术. 2013(04)
[4]模糊算法提取人类经验用于LTCC滤波器优化设计[J]. 吴为军,尹应增,张志亚,黄勇,汪杰. 微波学报. 2011(05)
硕士论文
[1]GaAs微波开关与衰减器研究与设计[D]. 秦昌.电子科技大学 2019
本文编号：2988996
【文章来源】：半导体技术. 2020,45(08)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
开关滤波器芯片工作原理框图
开关滤波器芯片的输入和输出PHEMT SP4T开关的电路如图2所示,图中V1～V8为对应PHEMT的控制电压,Rg为对应PHEMT的偏置电阻。SP4T开关的4个支路电路结构完全一样。通过驱动器控制该电路中4个支路的导通或关断状态,SP4T开关总是1路处于导通状态,其他3路处于关断状态。2.2 带通滤波器的设计
在射频微波频段,滤波器的实现方式有两种:集总参数方式和分布参数方式。在X波段一般采取分布参数方式实现带通滤波器。分布参数带通滤波器常见的结构有梳状型、交指型、发卡型等。考虑到开关滤波器芯片每个支路的带宽和带外衰减等指标要求,本文中4个滤波器都采用切比雪夫函数响应的5节梳状型带通滤波器结构。一般情况下梳状型滤波器中每节梳状线谐振器的长度为四分之一波长,在GaAs衬底上X波段四分之一波长线的物理长度大于1.7 mm,为了在4.5 mm×4.5 mm面积内集成4个滤波器,需要压缩梳状线谐振器的长度。本文中的滤波器通过在梳状线谐振器的一端加载MIM电容以减小滤波器宽度,同时能得到较宽的阻带。GaAs平面集成MIM电容结构如图3所示。滤波器的输入输出采用抽头式耦合结构。梳状线带通滤波器的物理尺寸可以通过平行耦合线奇偶模理论计算得到[7],但是过程繁琐,计算效率低。本文通过耦合系数法确定滤波器的物理尺寸。首先根据滤波器性能指标要求,选取归一化低通原型滤波器电路中的各元件(电容或电感元件)值gi(i=1,2,…,n,其中i为元件编号,n为滤波器阶数),再计算滤波器各谐振器间的耦合系数ki,i+1及外部品质因数Qe[8],即
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于倒装应用的单刀双掷开关MMIC设计[J]. 高显,何庆国,白银超,王凯. 半导体技术. 2016(12)
[2]DC～35GHz超宽带单刀四掷开关单片集成电路[J]. 谭超. 半导体技术. 2013(08)
[3]2～12GHz集成E/D驱动功能的数控衰减器单片[J]. 刘志军,陈凤霞,高学邦,崔玉兴,吴洪江. 半导体技术. 2013(04)
[4]模糊算法提取人类经验用于LTCC滤波器优化设计[J]. 吴为军,尹应增,张志亚,黄勇,汪杰. 微波学报. 2011(05)
硕士论文
[1]GaAs微波开关与衰减器研究与设计[D]. 秦昌.电子科技大学 2019
本文编号：2988996
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2988996.html
