基于硅基半導(dǎo)體技術(shù)的130GHz 10Gbit-s無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)芯片關(guān)鍵電路研究.pdf

1、近年來(lái),隨著各種多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。為了能夠?yàn)楦咚贁?shù)據(jù)傳輸提供所需要的帶寬,系統(tǒng)的工作頻率已經(jīng)進(jìn)入毫米波波段,有些已經(jīng)超過(guò)了100GHz。因此,進(jìn)行工作頻率超過(guò)100GHz的毫米波集成電路的研究與設(shè)計(jì)已經(jīng)具有很強(qiáng)的科研價(jià)值與實(shí)用價(jià)值。由于Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料具有很好的高頻性能,所以在已有的毫米波集成電路,特別是工作頻率超過(guò)100GHz的集成電路設(shè)計(jì)中,大多數(shù)都是基于Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料進(jìn)行的。近來(lái)

2、基于硅材料的半導(dǎo)體技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展?；诠璨牧现圃斓木w管器件的性能已經(jīng)達(dá)到能夠與基于Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料制造的器件相比擬的程度。此外,硅材料半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)在基帶電路及模擬電路的設(shè)計(jì)中占據(jù)了主導(dǎo)的地位。因此,基于硅材料半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行工作頻率超過(guò)100GHz的毫米波集成電路的設(shè)計(jì),在系統(tǒng)集成度及制造成本等方面都具有很多優(yōu)勢(shì)。所以,基于硅材料半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行工作頻率超過(guò)100GHz的毫米波集成電路設(shè)計(jì),以及由其構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研

3、究具有非常重要的意義。
　　 本文對(duì)基于硅材料半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)行毫米波集成電路設(shè)計(jì)的可行性和主要問(wèn)題進(jìn)行了研究。并且分析與設(shè)計(jì)了工作頻率達(dá)到130GHz,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到10Gbit/s的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵電路。本文的主要成果如下:
　　 1.對(duì)基于硅材料半導(dǎo)體工藝進(jìn)行毫米波及亞毫米波集成電路設(shè)計(jì)的可行性和實(shí)用性進(jìn)行了分析與討論。分析了利用硅工藝進(jìn)行毫米波及亞毫米波集成電路設(shè)計(jì)時(shí)可能遇到的主要問(wèn)題,并給出了一些解決方案

4、。除此之外,對(duì)晶體管模型在高頻電路設(shè)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性以及一些寄生參數(shù)對(duì)晶體管高頻性能的影響進(jìn)行了分析。提出了一種新的去嵌入方法,以使晶體管器件在毫米波波段的性能測(cè)試及建模更加準(zhǔn)確。從而保證基于這些模型進(jìn)行毫米波及亞毫米波集成電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
　　 2.設(shè)計(jì)了一種新的基于0.13μm MOSFET的高速ASK信號(hào)調(diào)制器電路。它可以對(duì)載波頻率達(dá)到130GHz的載波信號(hào),以10Gbit/s的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行調(diào)制。整個(gè)調(diào)制器電路不管在導(dǎo)通狀態(tài)

5、還是阻斷狀態(tài)下,都可以保持對(duì)前級(jí)輸入阻抗的穩(wěn)定。從而保證了前級(jí)振蕩器或信號(hào)源以及整個(gè)發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定。此外,從測(cè)試結(jié)果及分析中可以看出,該電路及其基本結(jié)構(gòu)還可以很好地用于毫米波收發(fā)機(jī)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中。
　　 3.討論了毫米波波段功率放大器的設(shè)計(jì)方法。對(duì)基于硅材料半導(dǎo)體工藝進(jìn)行毫米波功率放大器設(shè)計(jì)時(shí)所面臨的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析,并提出了一些解決方法?；诠璨牧习雽?dǎo)體工藝設(shè)計(jì)了一種新型的130GHz毫米波功率放大器電路。討論了一種基于

6、薄膜微帶線進(jìn)行毫米波放大器電路輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的方法。并且提出了在毫米波功率放大器設(shè)計(jì)時(shí),增強(qiáng)帶寬性能的方法。此外,還對(duì)毫米波功率放大器輸出功率的優(yōu)化方法進(jìn)行了討論。
　　 4.基于硅材料半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的130GHz毫米波低噪聲放大器電路。運(yùn)用了一種增益增強(qiáng)技術(shù)來(lái)對(duì)低噪聲放大器的增益性能進(jìn)行改進(jìn)。此外,研究了在毫米波低噪聲放大器設(shè)計(jì)中各種參數(shù)對(duì)低噪聲放大器增益,噪聲等性能的影響。
　　 5.設(shè)計(jì)了一個(gè)新型寬

7、帶自動(dòng)增益控制放大器電路以滿足高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)無(wú)線接收機(jī)的需要。在設(shè)計(jì)中采用了一種新的可變?cè)鲆娣糯笃鹘Y(jié)構(gòu)來(lái)提高整個(gè)自動(dòng)增益控制放大器的動(dòng)態(tài)范圍。在后置放大器的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了帶寬增強(qiáng)技術(shù)來(lái)保證整體電路的帶寬性能能夠滿足需求。此外,設(shè)計(jì)了新的信號(hào)檢測(cè)與控制電壓生成電路來(lái)與可變?cè)鲆娣糯笃鬟M(jìn)行匹配。
　　 6.基于前面的工作,在本次論文工作的最后,進(jìn)行了整合的高速無(wú)線接收機(jī)電路的設(shè)計(jì)與研究。對(duì)已設(shè)計(jì)的一些單元電路進(jìn)行了整合與優(yōu)化,設(shè)計(jì)了一