ADS数字衰减器集成电路研究(2)

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1.3本文研究内容 8

2 微波数字衰减器的基本理论 9

2.1数字衰减器的主要技术指标 9

2.2微波数字衰减器 10

2.2.1 T型衰减器 10

2.2.2 Pi型衰减结构 12

2.2.3 桥T型衰减器 14

2.2.4 开关式衰减器 16

3 微波单片集成电路器件模型 17

3.1无源元件模型分析 17

3.1.1电阻 17

3.1.2微带线 19

3.1.3通孔和接地 20

3.2有源器件的模型提取 20

3.2.1 GaAs PHEMT器件结构及工作原理 21

3.2.3 PHEMT开关建模 23

4 六位数字衰减器的MMIC设计 27

4.1 单独衰减位的原理图和版图的分析与设计 27

4.1.1 0.5dB衰减位的分析与设计 27

4.1.2 1dB衰减位的分析与设计 29

4.1.3 2dB衰减位的分析与设计 30

4.1.4 4dB衰减位的分析与设计 31

4.1.5 8dB衰减位的分析与设计 33

4.1.6 16dB衰减位的分析与设计 35

4.2六位级联衰减电路仿真 37

4.3 MMIC制造工艺简介 38

总结 41

致谢 42

参考文献 42

1 引言

单片微波集成电路(Monolithitic Microwave Integrated Circuit ，MMIC)是把传输线、互连线、微波有源器件及无源元件一起制作在一块半导体基片上，构成具有完整功能的微波集成电路，其工作频率从1GHz到100 GHz以上，广泛用于各种不同技术及电路中。由于MMIC的衬底材料(如 GaAs、InP)的电子迁移率较高、带禁宽度宽、工作温度范围大、微波传输性能好，所以MMIC具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点，在通信市场中占据越来越重要的地位。

而 MMIC 衰减器作为系统的重要组成部分，在军事和民用电子设备中有着广泛的应用。高精度低相移MMIC数字衰减器用来实现对射频信号进行精确的幅度衰减，精确的衰减控制对于T/R组件整体性能的优劣有重要的影响。

本章主要介绍了MMIC的发展历史，MMIC的应用以及MMIC数字衰减器国内外研究现状，同时给出了本文中的衰减器的技术指标。

1.1 MMIC概述

单从微波电路的历史来看，40年代出现的立体微波电路一般被认为是第一代微波电路，它由谐振腔、微波电子管、波导传输线和波导元件组成;60年代初期出现了第二代微波电路—平面微波电路:它是把微波无源元件制作在塑料、陶瓷、铁氧体或蓝宝石等介质基片上，再把微波半导体器件装配(焊接)在基片上组成的微波混合集成电路，一般就称为微波集成电路(MIC);第三代微波电路就是70年代后期出现的微波单片集成电路(MMIC)。在MMIC的发展历史中，GaAS是使用最为广泛的半导体。这是因为GaAs的电子迁移率很高，高出硅数倍，而半绝缘单晶体的电阻率又比硅高出几个数量级，所以它不仅是微波器件的理想材料，也可以作为微波平面传输线的介质基片，因而GaAS几乎成为了MMIC的唯一材料。 1962年，plessey研究所的 JimTumer在GaAs场效应管的研究上，取得了GaAS基晶体管技术研究的突出发展。世界上第一个GaAs场效应晶体管的栅长为24林m，在vHF频带内产生了功率增益。1967年，plessey光电微波公司加工出了栅长为4um的GaAS场效应晶体管，其在1GHz的增益为10dB，被称为GAT1，是第一个商业化器件。70年代中期，随着微波半导体器件的成熟，工艺加工技术的改进，以及GaAS材料设备的完善和器件成品率的提高，使单片微波电路的研究具备了现实的条件。1968年， TexasInstrument公司的Mao，Jones和vendelin报道了第一个GaAS基MMIc芯片，它是一个仅集成了二极管和微带线的简单混频器电路。 1968年2月，在“ IEEE Journal of Solid-State Circuits SC-3(2)”上，Mehal和wacker报道了一个94GHz平衡混频器和一个10GHz耿氏二极管振荡器的设计。然而，基于晶体管MMIC的最初设想是一位easwell的硅集成电路设计师MichaelGey提出的。论文网