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高精度微波单片集成电路(MMIC)数字衰减器被广泛应用于相控阵雷达等电子设备中。高精度MMIC数字衰减器实现对微波信号进行精确的步进衰减,其性能优劣对于电子设备的整体性能优劣有着很大的影响。
本论文对Ka波段高精度MMIC数字衰减器展开了研究与设计。首先对数字衰减器的几个主要技术指标及常用单位衰减拓扑结构的特点进行了分析和比较;重点介绍了本文对MMIC控制器件PHEMT开关的建模,分析和介绍了GaAs PHEMT/GaN PHEMT器件的工作原理,提出了适合电路性能最佳化的动态比例缩放模型。
借助于本文提出的控制器件的建模技术及方法,采用Agilent公司的AdvancedDesign System2008(ADS2008),选择的MMIC工艺线是0.15μm的GaAs PHEMT圆片加工线。设计步骤是:根据工作频率范围、衰减精度、衰减附加相移、参考态插入损耗和驻波比等主要性能指标,1、选择合理的单位衰减拓扑结构;2、分别对各个衰减位进行原理图优化仿真;3、版图的设计与优化;4、多个衰减位原理图级联仿真优化;5、多位版图级联的整体版图仿真。优化过程中,特别采用了性能冗余优化策略,保证了产品各项性能优异和高成品率。
仿真结果表明:在32-38GHz的工作频带范围内,衰减精度为-2.404 dB/+1.15dB,衰减附加相移小于-1.796°/+2.237°,参考态插入损耗小于4.781dB,驻波比小于1.704。芯片尺寸仅为2.76mm×1.18mm×0.1mm。第一次流片选择了三位衰减位进行流片,分别为0.5dB、4dB、16dB。
本文结合某实际工程需求,对毫米波高精度MMIC数字衰减器设计与制作进行了研究和探索,提出了毫米波PHEMT控制器件的建模方法,摸索出毫米波多位数字衰减器的设计方法和流程,完成了Ka波段高精度MMIC六位数字衰减器的设计,设计的性能优异。这些成果对毫米波高精度MMIC数字衰减器的研制均有一定参考价值。