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随着现代半导体工艺技术和微纳米加工技术的快速发展,无线通讯、雷达探测、遥感成像、电子对抗等领域对微波毫米波电路的高性能、集成化和小型化提出了越来越高的要求。近年来,具有高集成度的SiGe集成电路成为研究焦点,相控阵电路作为通信和雷达系统中的关键技术,是微波毫米波集成电路研究的重点之一。本文基于130 nm SiGe BiCMOS工艺,对W波段相控阵接收前端集成电路的关键器件展开分析与研究,设计了一款功能完整,性能优异的移相接收芯片。具体研究内容和成果如下:1、低噪声放大器设计。相控阵接收前端主要包含低噪声放大器,移相器模块。低噪放作为接收通路的第一级,其噪声性能直接决定整个系统的接收灵敏度,设计噪声性能优良且能提供一定增益的低噪声放大器至关重要。从不同尺寸、偏置下单个晶体管的最小噪声系数和最大可用增益入手,采用两级共发-共基级联结构实现了工作在90～100GHz,噪声系数6～6.7dB,增益为12.6dB(94GHz处)的低噪声放大器。2、矢量相加型有源移相器设计。移相器是接收通路中另一至关重要的模块,主要功能是实现相位的偏移。本设计通过对比分析三种移相器架构:反射式移相器、开关型移相器、矢量相加型移相器,最终采用版图面积和插损都有一定优势的矢量相加型有源移相器。该有源移相器通过正交信号发生器和可变增益放大器完成移相功能。其中正交信号发生器采用平行线耦合器实现,可变增益放大器在吉尔伯特单元的基础上通过控制偏置实现增益改变。改变两路正交信号的幅值合成期望相位,从而实现电路移相功能。3、W波段相控阵接收通道。天线接收信号经低噪放处理后传给移相器进行移相,为了对整体接收通路进行增益补偿,在移相器后级再级联一级低噪放。将版图通过Calibre和Sonnet联合仿真,最终得出整体接收通路结果为:在90～100 GHz内,实现360度范围内4位移相精度,16个不同相位状态下的均方根相位误差小于5.7°,均方根幅度误差小于0.68 dB;且在94 GHz处,均方根相位误差为3.7°,均方根幅度误差为0.28 dB,功率增益为20 dB,噪声系数小于7.5 dB,1 dB压缩点输入功率为-24 dBm。在供电电压1.8 V和3.3 V下,芯片功耗69 mW,版图面积为1.5×0.53 mm2。相比于已发表的硅基工艺下制作的移相接收系统,本论文所设计的芯片具有低噪声、低误差的特点。