基于0.25μm GaAs贗配高電子遷移率晶體管（PHEMT）工藝,研制了一款高性能X波段四路開關(guān)濾波器微波單片集成電路（MMIC）芯片。芯片內(nèi)集成了輸入和輸出單刀四擲（SP4T）開關(guān)、驅(qū)動器和帶通濾波器,實(shí)現(xiàn)了開關(guān)濾波功能。輸入和輸出SP4T開關(guān)結(jié)構(gòu)相同,各支路都采用串-并聯(lián)混合形式實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動器集成在片內(nèi),由一位低電平（0～0.4 V）或高電平（3.3～5.5 V）信號控制SP4T開關(guān)中某一支路的導(dǎo)通或關(guān)斷。帶通濾波器采用分布參數(shù)梳狀線結(jié)構(gòu),開路端加載金屬-絕緣體-金屬（MIM）電容,減小濾波器尺寸的同時拓寬了其阻帶帶寬。該開關(guān)濾波器芯片頻率覆蓋9.85～12.4 GHz,尺寸為4.5 mm×4.5 mm×0.15 mm。探針在片測試結(jié)果表明,開關(guān)濾波器芯片4個支路的中心插入損耗均小于6.2 dB,通帶內(nèi)回波損耗優(yōu)于17 dB,典型的帶外衰減大于40 dB。 

【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020,45(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

開關(guān)濾波器芯片工作原理框圖

開關(guān)濾波器芯片的輸入和輸出PHEMT SP4T開關(guān)的電路如圖2所示,圖中V1～V8為對應(yīng)PHEMT的控制電壓,Rg為對應(yīng)PHEMT的偏置電阻。SP4T開關(guān)的4個支路電路結(jié)構(gòu)完全一樣。通過驅(qū)動器控制該電路中4個支路的導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài),SP4T開關(guān)總是1路處于導(dǎo)通狀態(tài),其他3路處于關(guān)斷狀態(tài)。2.2 帶通濾波器的設(shè)計

在射頻微波頻段,濾波器的實(shí)現(xiàn)方式有兩種:集總參數(shù)方式和分布參數(shù)方式。在X波段一般采取分布參數(shù)方式實(shí)現(xiàn)帶通濾波器。分布參數(shù)帶通濾波器常見的結(jié)構(gòu)有梳狀型、交指型、發(fā)卡型等。考慮到開關(guān)濾波器芯片每個支路的帶寬和帶外衰減等指標(biāo)要求,本文中4個濾波器都采用切比雪夫函數(shù)響應(yīng)的5節(jié)梳狀型帶通濾波器結(jié)構(gòu)。一般情況下梳狀型濾波器中每節(jié)梳狀線諧振器的長度為四分之一波長,在GaAs襯底上X波段四分之一波長線的物理長度大于1.7 mm,為了在4.5 mm×4.5 mm面積內(nèi)集成4個濾波器,需要壓縮梳狀線諧振器的長度。本文中的濾波器通過在梳狀線諧振器的一端加載MIM電容以減小濾波器寬度,同時能得到較寬的阻帶。GaAs平面集成MIM電容結(jié)構(gòu)如圖3所示。濾波器的輸入輸出采用抽頭式耦合結(jié)構(gòu)。梳狀線帶通濾波器的物理尺寸可以通過平行耦合線奇偶模理論計算得到[7],但是過程繁瑣,計算效率低。本文通過耦合系數(shù)法確定濾波器的物理尺寸。首先根據(jù)濾波器性能指標(biāo)要求,選取歸一化低通原型濾波器電路中的各元件(電容或電感元件)值gi(i=1,2,…,n,其中i為元件編號,n為濾波器階數(shù)),再計算濾波器各諧振器間的耦合系數(shù)ki,i+1及外部品質(zhì)因數(shù)Qe[8],即

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于倒裝應(yīng)用的單刀雙擲開關(guān)MMIC設(shè)計[J]. 高顯,何慶國,白銀超,王凱.  半導(dǎo)體技術(shù). 2016(12)
[2]DC～35GHz超寬帶單刀四擲開關(guān)單片集成電路[J]. 譚超.  半導(dǎo)體技術(shù). 2013(08)
[3]2～12GHz集成E/D驅(qū)動功能的數(shù)控衰減器單片[J]. 劉志軍,陳鳳霞,高學(xué)邦,崔玉興,吳洪江.  半導(dǎo)體技術(shù). 2013(04)
[4]模糊算法提取人類經(jīng)驗(yàn)用于LTCC濾波器優(yōu)化設(shè)計[J]. 吳為軍,尹應(yīng)增,張志亞,黃勇,汪杰.  微波學(xué)報. 2011(05)

碩士論文
[1]GaAs微波開關(guān)與衰減器研究與設(shè)計[D]. 秦昌.電子科技大學(xué) 2019



本文編號：2988996