微波毫米波6bit数字移相器MMIC电路研究
发布时间：2021-11-02 07:47
20世纪以来无线通信蓬勃发展,卫星通信、WiFi、蓝牙、雷达等新型应用更新迭代不息,促使着宽带相控阵系统不断向高速率、低成本、小型化的方向翻新进步。不断发展与完善的微波单片集成电路成为设计上述相控阵系统的不二之选。然而,移相器作为相控阵系统的核心模块,很难实现超宽带工作,要求在微波低波段实现芯片小型化设计更是举步维艰。本文的目的是基于MMIC设计出两款小型化、低成本、高性能的超宽带6bit数字移相器。论文首先介绍了CMOS移相器,分析当前硅基工艺在设计高性能移相器时的局限性,随后引入III-V族工艺作为对比,表明了GaAs工艺在移相器设计上的优势。随后对常见类型的移相器与开关进行详细的原理介绍与电路分析,并总结了各自的性能特征和设计要点。两款芯片均基于0.5μm GaAs pHEMT工艺,设计方法与电路结构相似。论文针对移相器核心开关,建立了pHEMT元件处于导通与关断状态的等效模型,并分析了栅宽、隔离电阻对开关性能的影响,以及如何选取直流工作点、提取pHEMT元件寄生参数的方法。基于芯片的设计指标,研究了移相单元最优拓扑选取方法,最终45°、90°、180°移相位采用改进的高通-低通...
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
3GHz-6GHz6bit数字移相器版图
第四章2.5-4GHzMMIC移相器设计65图4-32.5-4GHz6bit数字移相器电路结构RMS相移误差输入功率(dBm)增益压缩(dB)图4-42.5-4GHz6bit数字移相器版图仿真曲线
电子科技大学硕士学位论文68数字移相器芯片测试虽然2.5-4GHz数字移相器已成功送出流片，但是还未受到加工实物，本章以3-6GHz6bit数字移相器为例进行移相器芯片测试的说明。3-6GHz6bit数字移相器加工后的实际芯片显微镜照片如图5-1所示，为了验证芯片实际工作时的性能与版图仿真结果是否一致，需要对芯片进行测试。本设计采用对芯片进行装配测试的方法，即将切割后的芯片裸片通过导电胶固定在PCB上，保证芯片与PCB板共地，通过键合金丝线将直流焊盘、射频焊盘与PCB板上的50欧姆铜线连接进行高频性能测试，这种测试方法既能准确的测试芯片实际工作时的性能又方便调试。图5-1移相器芯片的显微镜照片5.1移相器的装配本设计的工作频率属于微波频段，常选择介电常数孝损耗正切角小的板材，综合考虑后测试的PCB采用Rogers4350板材，介电系数为3.5，损耗正切角为0.004。50Ω传输线采用铜材质，连接到测试板两侧的0.35mm的SMA接头。连接芯片焊盘与PCB板的金丝线键合点位置如图5-2所示，每个焊盘的尺寸与功能概括见表5-1。最终的芯片装配由外协机构完成，装配后的实物如图5-3所示，芯片GSG射频焊盘通过金丝线键合到PCB上的50Ω传输线，该50Ω传输线又与测试板上的两个SMA接头连接，因此测试时射频信号通过一个SMA接头进入芯片进行传输又从另一个SMA接头输出，而直流焊盘通过金丝线键合到50Ω传输线后，通过焊锡连接到外部导线构成10个直流控制端口。控制信号直接与外部导线相连加载到芯片直流焊盘上，实现对移相器64个移相态的控制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]S波段四通道小型化数字T/R组件设计与实现[J]. 付德龙,刘登宝,张岳华,胡啸. 微波学报. 2014(S1)
[2]S波段六位高精度移相器设计[J]. 杨小峰,史江义,马佩军,郝跃. 西安电子科技大学学报. 2014(02)
博士论文
[1]应用于相控阵收发组件的射频/微波集成电路设计[D]. 杨小峰.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]硅基射频开关集成电路设计[D]. 许清河.电子科技大学 2017
[2]Ku波段六位数控移相器设计[D]. 孙小东.东南大学 2017
[3]用于相控阵雷达T/R模块的宽带移相器和开关电路设计[D]. 盛昕禹.北京交通大学 2017
[4]硅基CMOS毫米波移相器的研究与设计[D]. 郑清友.电子科技大学 2015
[5]用于片上集成相控阵收发芯片的毫米波移相器设计与研究[D]. 刘晓杨.北京理工大学 2014
[6]Ka波段高功率开关芯片研究[D]. 刘斐珂.电子科技大学 2008
本文编号：3471628
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
3GHz-6GHz6bit数字移相器版图
第四章2.5-4GHzMMIC移相器设计65图4-32.5-4GHz6bit数字移相器电路结构RMS相移误差输入功率(dBm)增益压缩(dB)图4-42.5-4GHz6bit数字移相器版图仿真曲线
电子科技大学硕士学位论文68数字移相器芯片测试虽然2.5-4GHz数字移相器已成功送出流片，但是还未受到加工实物，本章以3-6GHz6bit数字移相器为例进行移相器芯片测试的说明。3-6GHz6bit数字移相器加工后的实际芯片显微镜照片如图5-1所示，为了验证芯片实际工作时的性能与版图仿真结果是否一致，需要对芯片进行测试。本设计采用对芯片进行装配测试的方法，即将切割后的芯片裸片通过导电胶固定在PCB上，保证芯片与PCB板共地，通过键合金丝线将直流焊盘、射频焊盘与PCB板上的50欧姆铜线连接进行高频性能测试，这种测试方法既能准确的测试芯片实际工作时的性能又方便调试。图5-1移相器芯片的显微镜照片5.1移相器的装配本设计的工作频率属于微波频段，常选择介电常数孝损耗正切角小的板材，综合考虑后测试的PCB采用Rogers4350板材，介电系数为3.5，损耗正切角为0.004。50Ω传输线采用铜材质，连接到测试板两侧的0.35mm的SMA接头。连接芯片焊盘与PCB板的金丝线键合点位置如图5-2所示，每个焊盘的尺寸与功能概括见表5-1。最终的芯片装配由外协机构完成，装配后的实物如图5-3所示，芯片GSG射频焊盘通过金丝线键合到PCB上的50Ω传输线，该50Ω传输线又与测试板上的两个SMA接头连接，因此测试时射频信号通过一个SMA接头进入芯片进行传输又从另一个SMA接头输出，而直流焊盘通过金丝线键合到50Ω传输线后，通过焊锡连接到外部导线构成10个直流控制端口。控制信号直接与外部导线相连加载到芯片直流焊盘上，实现对移相器64个移相态的控制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]S波段四通道小型化数字T/R组件设计与实现[J]. 付德龙,刘登宝,张岳华,胡啸. 微波学报. 2014(S1)
[2]S波段六位高精度移相器设计[J]. 杨小峰,史江义,马佩军,郝跃. 西安电子科技大学学报. 2014(02)
博士论文
[1]应用于相控阵收发组件的射频/微波集成电路设计[D]. 杨小峰.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]硅基射频开关集成电路设计[D]. 许清河.电子科技大学 2017
[2]Ku波段六位数控移相器设计[D]. 孙小东.东南大学 2017
[3]用于相控阵雷达T/R模块的宽带移相器和开关电路设计[D]. 盛昕禹.北京交通大学 2017
[4]硅基CMOS毫米波移相器的研究与设计[D]. 郑清友.电子科技大学 2015
[5]用于片上集成相控阵收发芯片的毫米波移相器设计与研究[D]. 刘晓杨.北京理工大学 2014
[6]Ka波段高功率开关芯片研究[D]. 刘斐珂.电子科技大学 2008
本文编号：3471628
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