【摘 要】
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随着集成电路和无线通信技术的快速发展,手机成为了人们生活中的必需品。进入5G时代后,由于用户对数据收发速度和稳定性的要求不断提升,手机天线数量增加,体积减小,导致天线性能受到影响,采用天线调谐器对天线进行调谐是解决该问题的主流方法,而射频开关是天线调谐器的核心组件,因此本文对射频开关和天线调谐器的设计进行了深入研究。本文首先分析并总结了 SOI工艺的优势,采用180nm SOI CMOS工艺设计并
【机 构】
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中国电子科技集团公司电子科学研究院
【出 处】
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中国电子科技集团公司电子科学研究院
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随着集成电路和无线通信技术的快速发展,手机成为了人们生活中的必需品。进入5G时代后,由于用户对数据收发速度和稳定性的要求不断提升,手机天线数量增加,体积减小,导致天线性能受到影响,采用天线调谐器对天线进行调谐是解决该问题的主流方法,而射频开关是天线调谐器的核心组件,因此本文对射频开关和天线调谐器的设计进行了深入研究。本文首先分析并总结了 SOI工艺的优势,采用180nm SOI CMOS工艺设计并研制了一款适用于5G移动终端的天线调谐器芯片,芯片调谐网络由3P3T射频开关和5bit数字可编程电容阵列并联组成。为准确仿真和测试开关的Ron和Coff对射频开关导通和关断模型进行了分析,提出了导通电阻和关断电容的计算公式。射频开关堆叠晶体管采用对称的双偏置结构,为提高开关晶体管导通关断性能采用了正负电荷泵模块,最终得到正压2.7V负压-1.8V。为提高天线调谐器调谐范围,设计了基于射频开关的二进制加权并行结构的电容阵列电路,其具有较高的调谐比和电容值调节精度。此外为提高集成度,将包括MIPI电路、低压差线性稳压器电路、上电复位电路等模块的数模混合控制电路与天线调谐器射频电路集成在同一裸片上,有利于通信系统的小型化。最后本文绘制了天线调谐器芯片版图,结合版图对芯片进行了后仿真并分析了仿真结果。本文天线调谐器芯片的流片测试结果如下:电容阵列的电容值由0.3pF步进到3.4pF,每级步进0.1pF,最大Q值为36@1GHz;SP3T射频开关的直流Ron为 1 Ω,Coff 为 180fF@2.7GHz,插入损耗为 0.86dB@2.7GHz,隔离度为17dB@2.7GHz;输入功率为35dBm时开关通道的二次谐波和三次谐波分别为-62dBm和-57dBm。测试结果表明本文设计的天线调谐器芯片各方面性能指标均达到设计目标,可适用于5G移动终端,对天线调谐器的研究具有一定推动作用。
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