微波毫米波單片集成電路綜述論文

1、微波毫米波單片集成電路綜述論文 微波毫米波單片集成電路綜述論文摘要 摘要微波集成電路（Microwave Integrated Circuit 縮寫為 MIC）是工作在微波波段和毫米波波段即 30GHz～300GHz 頻率范圍，由微波無(wú)源元件、有源器件、傳輸線和互連線集成在一個(gè)基片上，具有某種功能的電路。微波集成電路起始于 20 世紀(jì) 50年代。微波電路技術(shù)由同軸線、波導(dǎo)元件及其組成的系統(tǒng)轉(zhuǎn)向平面型電路的一個(gè)重要原因，是微波固態(tài)器件的發(fā)

2、展。60～70 年代采用氧化鋁基片和厚膜薄膜工藝；80 年代開始有單片集成電路。微波集成電路大致可以分為兩種電路：混合微波集成電路和單片微波集成電路?；旌衔⒉呻娐肥怯煤衲ぜ夹g(shù)或薄膜技術(shù)將各種微波功能電路制作在適合傳輸微波信號(hào)的介質(zhì)(如高氧化鋁瓷、藍(lán)寶石、石英等)上，再將分立有源元件安裝在相應(yīng)位置上組成微波集成電路。這種電路的特點(diǎn)是根據(jù)微波整機(jī)的要求和微波波段的劃分進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，所用集成電路多是專用的。常用的混合微波集成電路有微帶混

3、頻器、微波低噪聲放大器、功率放大器、倍頻器、相控陣單元等各種寬帶微波電路。單片微波集成電路（Monolithic Microwave Integrated Circuit 縮寫為 MMIC）則是將微波功能電路用半導(dǎo)體工藝制作在砷化鎵或其他半導(dǎo)體芯片上的集成電路。這種電路的設(shè)計(jì)主要圍繞微波信號(hào)的產(chǎn)生、放大、控制和信息處理等功能進(jìn)行，大部分電路都是根據(jù)不同整機(jī)的要求和微波頻段的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，專用性很強(qiáng)。在這類器件中，作為反饋和直流偏置元件的各

4、個(gè)電阻器都采用具有高頻特性的薄膜電阻，并且與各有源器件一起封裝在一個(gè)芯片上，這使得各零件之間幾乎無(wú)連線，從而使電路的感抗降至最低，且分布電容也極小，因而可用在工作頻率和頻寬都很高的MMIC 放大器中。目前，MMIC 的工作頻率已可做到 40GHz，頻寬也已達(dá)到 15GHz，因而可廣泛應(yīng)用于通信和 GPS, 等各類設(shè)備的射頻、中頻和本振電路中。分。內(nèi)核部分采用精簡(jiǎn)模型，添加的外部參量用于表征因高頻而產(chǎn)生的寄生參數(shù)。CMOS 晶體管的參數(shù)提

5、取方法有以下三種：1.利用 Agilent IC-CAP 從測(cè)量數(shù)據(jù)中直接提取參數(shù)。直接利用測(cè)量數(shù)據(jù)提取參數(shù)可以獲得較好的精度，但是這種方法的缺點(diǎn)在于需要事先進(jìn)行晶體管版圖設(shè)計(jì)、流片和測(cè)試。2.利用器件仿真軟件提取參數(shù)。利用二維的工藝和器件仿真不僅可以解決測(cè)試可能帶來(lái)的一定誤差，而且提取的參數(shù)精度也較高，從而很好地彌補(bǔ)了直接利用測(cè)量數(shù)據(jù)提取參數(shù)這一方法的不足之處。3.利用電磁場(chǎng)仿真提取參數(shù)。該方法通過(guò)晶體管的版圖設(shè)計(jì)，利用 Agilen

6、t ADS Momentum 進(jìn)行電磁仿真提取參數(shù)，獲得了較好的精度，但偏置條件受限制。由于以上所述的三種方法各有利弊，所以到目前為止，還沒有出現(xiàn)一種統(tǒng)一、簡(jiǎn)單和有效的毫米波 CMOS 晶體管模型參數(shù)提取的方法。因此，CMOS 晶體管建模還待進(jìn)一步深入研究。二、傳輸線建模傳輸線建模對(duì)于毫米波 CMOs 集成電路設(shè)計(jì)是非常重要的。在毫米波頻段，用于構(gòu)成匹配網(wǎng)絡(luò)和諧振回路的電抗元件的值變得非常小，比如電感值的大小在毫米波頻段大約只在幾十到幾

7、百 pH 這樣一個(gè)量級(jí)，因而在 Si 基上實(shí)現(xiàn)既具有高 p值又具有高精密度的電感就變得非常困難。表征傳輸線特性的模型參量主要有：特性阻抗、有效介電常數(shù)、衰減常數(shù)和損耗角。模型參數(shù)可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量或者仿真軟件(比如 ADS 和 AnsoftHFss)來(lái)提取。Carchon 等人提出了一種新的基于定向設(shè)計(jì)測(cè)量的建模方法，根據(jù)這種方法設(shè)計(jì)出的最終模型可以方便地在商業(yè)設(shè)計(jì)軟件中實(shí)現(xiàn)。Yang 等人在 2005 年設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以集總元件構(gòu)成的 RL