20世紀(jì)以來無線通信蓬勃發(fā)展,衛(wèi)星通信、WiFi、藍(lán)牙、雷達(dá)等新型應(yīng)用更新迭代不息,促使著寬帶相控陣系統(tǒng)不斷向高速率、低成本、小型化的方向翻新進(jìn)步。不斷發(fā)展與完善的微波單片集成電路成為設(shè)計上述相控陣系統(tǒng)的不二之選。然而,移相器作為相控陣系統(tǒng)的核心模塊,很難實現(xiàn)超寬帶工作,要求在微波低波段實現(xiàn)芯片小型化設(shè)計更是舉步維艱。本文的目的是基于MMIC設(shè)計出兩款小型化、低成本、高性能的超寬帶6bit數(shù)字移相器。論文首先介紹了CMOS移相器,分析當(dāng)前硅基工藝在設(shè)計高性能移相器時的局限性,隨后引入III-V族工藝作為對比,表明了GaAs工藝在移相器設(shè)計上的優(yōu)勢。隨后對常見類型的移相器與開關(guān)進(jìn)行詳細(xì)的原理介紹與電路分析,并總結(jié)了各自的性能特征和設(shè)計要點。兩款芯片均基于0.5μm GaAs pHEMT工藝,設(shè)計方法與電路結(jié)構(gòu)相似。論文針對移相器核心開關(guān),建立了pHEMT元件處于導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)的等效模型,并分析了柵寬、隔離電阻對開關(guān)性能的影響,以及如何選取直流工作點、提取pHEMT元件寄生參數(shù)的方法�；谛酒脑O(shè)計指標(biāo),研究了移相單元最優(yōu)拓?fù)溥x取方法,最終45°、90°、180°移相位采用改進(jìn)的高通-低通... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

3GHz-6GHz6bit數(shù)字移相器版圖

第四章2.5-4GHzMMIC移相器設(shè)計65圖4-32.5-4GHz6bit數(shù)字移相器電路結(jié)構(gòu)RMS相移誤差輸入功率(dBm)增益壓縮(dB)圖4-42.5-4GHz6bit數(shù)字移相器版圖仿真曲線

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文68數(shù)字移相器芯片測試雖然2.5-4GHz數(shù)字移相器已成功送出流片，但是還未受到加工實物，本章以3-6GHz6bit數(shù)字移相器為例進(jìn)行移相器芯片測試的說明。3-6GHz6bit數(shù)字移相器加工后的實際芯片顯微鏡照片如圖5-1所示，為了驗證芯片實際工作時的性能與版圖仿真結(jié)果是否一致，需要對芯片進(jìn)行測試。本設(shè)計采用對芯片進(jìn)行裝配測試的方法，即將切割后的芯片裸片通過導(dǎo)電膠固定在PCB上，保證芯片與PCB板共地，通過鍵合金絲線將直流焊盤、射頻焊盤與PCB板上的50歐姆銅線連接進(jìn)行高頻性能測試，這種測試方法既能準(zhǔn)確的測試芯片實際工作時的性能又方便調(diào)試。圖5-1移相器芯片的顯微鏡照片5.1移相器的裝配本設(shè)計的工作頻率屬于微波頻段，常選擇介電常數(shù)孝損耗正切角小的板材，綜合考慮后測試的PCB采用Rogers4350板材，介電系數(shù)為3.5，損耗正切角為0.004。50Ω傳輸線采用銅材質(zhì)，連接到測試板兩側(cè)的0.35mm的SMA接頭。連接芯片焊盤與PCB板的金絲線鍵合點位置如圖5-2所示，每個焊盤的尺寸與功能概括見表5-1。最終的芯片裝配由外協(xié)機(jī)構(gòu)完成，裝配后的實物如圖5-3所示，芯片GSG射頻焊盤通過金絲線鍵合到PCB上的50Ω傳輸線，該50Ω傳輸線又與測試板上的兩個SMA接頭連接，因此測試時射頻信號通過一個SMA接頭進(jìn)入芯片進(jìn)行傳輸又從另一個SMA接頭輸出，而直流焊盤通過金絲線鍵合到50Ω傳輸線后，通過焊錫連接到外部導(dǎo)線構(gòu)成10個直流控制端口�？刂菩盘栔苯优c外部導(dǎo)線相連加載到芯片直流焊盤上，實現(xiàn)對移相器64個移相態(tài)的控制。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]S波段四通道小型化數(shù)字T/R組件設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 付德龍,劉登寶,張岳華,胡嘯.  微波學(xué)報. 2014(S1)
[2]S波段六位高精度移相器設(shè)計[J]. 楊小峰,史江義,馬佩軍,郝躍.  西安電子科技大學(xué)學(xué)報. 2014(02)

博士論文
[1]應(yīng)用于相控陣收發(fā)組件的射頻/微波集成電路設(shè)計[D]. 楊小峰.西安電子科技大學(xué) 2014

碩士論文
[1]硅基射頻開關(guān)集成電路設(shè)計[D]. 許清河.電子科技大學(xué) 2017
[2]Ku波段六位數(shù)控移相器設(shè)計[D]. 孫小東.東南大學(xué) 2017
[3]用于相控陣?yán)走_(dá)T/R模塊的寬帶移相器和開關(guān)電路設(shè)計[D]. 盛昕禹.北京交通大學(xué) 2017
[4]硅基CMOS毫米波移相器的研究與設(shè)計[D]. 鄭清友.電子科技大學(xué) 2015
[5]用于片上集成相控陣收發(fā)芯片的毫米波移相器設(shè)計與研究[D]. 劉曉楊.北京理工大學(xué) 2014
[6]Ka波段高功率開關(guān)芯片研究[D]. 劉斐珂.電子科技大學(xué) 2008



本文編號：3471628