基于BiCMOS工藝的分布式衰減器研究和設計.pdf

1、隨著無線通信技術和半導體工藝的飛速發(fā)展，SiGe BiCMOS工藝使得低成本、高集成度的微波單片電路成為可能。作為幅度控制電路，可變增益放大器和衰減器被廣泛應用于相控陣系統(tǒng)中。特別的，數控衰減器具有可變增益放大器所不具備的高線性度、低功耗特性，這使得數控衰減器更加廣泛的應用于相控陣系統(tǒng)中。本文采用Jazz公司0.18μm SiGe BiCMOS工藝，研究設計了一種10~20GHz工作頻帶內五位分布式數控衰減器電路。該電路的設計方法為：首

2、先研究五個基本衰減結構電路的設計實現，將基本模塊性能優(yōu)化到最優(yōu)，其中的基本衰減模塊主要由內嵌開關式衰減結構和分布式步進衰減結構兩類組成；然后將各個基本衰減模塊級聯(lián)實現整體的分布式衰減電路，并優(yōu)化整體電路性能。
　　本研究主要內容包括：⑴設計實現了基于BiCMOS工藝的片上微帶線結構。結合分布式衰減電路中傳輸線的需求，基于Jazz公司0.18μm SiGe BiCMOS工藝，設計實現了采用metal6作為信號層，metal1作為接地

3、平面的片上微帶線結構，且經過電磁仿真軟件Sonnet驗證了微帶線的特性。⑵改善了整體分布式衰減電路的衰減平坦度特性。對于衰減平坦度的改善，主要從兩個方面入手：(1)基本衰減模塊。在內嵌開關式衰減結構中，研究了NMOS開關管的高頻開關特性，通過柵極串聯(lián)電阻，深N阱結構和體懸浮技術減小衰減量的波動，且呈現為隨頻率升高衰減量減小的趨勢；在分布式步進衰減結構中，研究了傳輸線電長度對衰減平坦度的影響，在所需工作頻段內，當傳輸線電長度為11.25°

4、時，衰減曲線波動較小，且呈現隨頻率升高衰減量增大的趨勢。(2)整體分布式衰減器電路。基于內嵌開關式衰減結構中衰減量隨頻率升高而減小以及分布式步進衰減結構中衰減量隨頻率升高而增大這兩種相反的變化趨勢，采用兩種基本衰減結構級聯(lián)的方式減小衰減量的波動，改善衰減平坦度特性。⑶實現了較小的相對相移，即實現了衰減器參考狀態(tài)和衰減狀態(tài)較低的相位變化。穩(wěn)定的相位變化也是衰減器設計的一個需求，通過在內嵌開關式結構中引入電感型低通濾波網絡減小相對相移。⑷兼

5、顧較小芯片面積的同時，實現了較低的插入損耗。在電路結構選擇上，由傳輸線形成的分布式步進衰減結構能夠獲得較低的插入損耗，但實現大衰減量時占用芯片面積較大；而內嵌開關式結構插入損耗較大，但結構緊湊，面積較?。灰虼?，在電路結構上，小衰減模塊由分布式步進衰減結構實現，大衰減量模塊由內嵌開關式結構實現，這樣實現較低插入損耗的同時占用較小的芯片面積。⑸仿真結果表明，在10~20GHz工作頻段內，所設計的五位分布式衰減器的衰減動態(tài)范圍為31dB，衰減