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射频集成电路是干什么的(射频芯片结构)

时间:2023-05-05 14:11:26 阅读:84409 作者:2421

氮化镓(GaAs )在MMIC的发展中得到了广泛的应用。 因为它既适用于高频晶体管,也适用于低损耗的无源元器件。 在用液体包裹的czochraiski(LEC )法生长GaAs锭时,稳定的高电阻率GaAs材料的技术才得以实现。 在mydsg的皇家雷达机构中,对利用三氧化硼密封剂生长GaAs的方法进行了大量的初期研究,该方法目前仍在使用中。 水平Bridgman法在产生低位错密度的同时,直接产生必要的高电阻率,使GaAs成为微波元件的合适基板。 利用GaAs制造晶体管的独创性研究是JimTumer在Plesscy研究(Caswell )中首次进行的。 于是,早期失望的GaAs双极晶体管的经历引起了1962年对GaAs场效应晶体管的浓厚兴趣。 第一个器件具有24 um的大栅极长度,并且可以在VHF波段中产生功率增益。 1967年,业界制造了4 um栅极长度的器件,在1GHz下产生了10dB的增益。 这也被称为GAT1,是普莱斯特和微波有限公司销售的第一台商用设备。 由于电子束光刻技术的发展,1971年生产了最初的1 um的器件,在10GHz频带也获得了增益,之后作为GAT3上市。 20世纪70年代最初的10年间,对GaAs MESFET技术感兴趣的只有现代的橘子(Caswcll )和IBM )苏黎世)。

随着产生这种高性能的微波晶体管的激活,对带微带电路的半导体器件的概念进行了研究。 最初的GaAs MMIC是包含二极管和微带线的简单电路,其结果由德克萨斯仪器于1968年报道:秀丽的百合、Jones和Vendclin表示使用肖特基势垒二极管的单端94G Hz混频器的结果。 (但是,没有显示测定的性能)。 在同一问题上,Mehal和Wacker介绍了94GHz平衡混频器和30GHz Gunn振荡器的设计。 然而,如图1所示,基于他的晶体管的MMIC是由现代Caswell的硅IC设计者MichaelGay首次使用具有电容器、电感和电阻的MESFET来制作5GHz接收机芯片的布局的虽然没有意识到这一点,但是这个想法如图2所示,用现代橘子(Caswell )制作了世界上第一个GaAs FET MMIC,Pengelly和Turner报告的这是以GAT3器件为基础的单级x波段放大器,但是稍后,Joshi等人展示了业界首款FET MMIC振荡器在j波段工作的结果。

在这些早期成功之后,世界对GaAs的兴趣大幅增加,到1979年,IEEE成立了专门研究GaAs IC发展的研讨会。 以来,已经发表了数千篇论文,其中许多是由于设备技术的进步,这些技术产生了更高的频率和更好的性能。 但是,一些论文提出了真正重要的新技术; 这些论文引起了全世界的兴趣,它们的贡献成为了MMIC发展史上真正的里程碑。 在这里,我将介绍一些特别值得注意的文件,并事先向可能错过工作的研究者道歉。 1981年,Hombuckle和Van Tuyl展示了完全使用晶体管和电平移位二极管的直接耦合放大器的结果。 1982年,Jamison等人介绍了采用平面螺旋变压器的MMIC放大器的设计,并将该技术普及到了封装密度极高的接收机芯片上。 对MMIC放大器的设计,给出了并联和串联的反馈技术,这两种技术都显示出了MMIC固有的良好的寄生控制优势。

图1、1969年独创的MM1C布局: GaAs集成电路-5GHz接收芯片

图2、世界首款MMIC放大器

在功率放大器的设计中,随着Pavlidis描述的簇匹配(cluster matching )技术的引入,MMIC面临的热和匹配问题得到了很大的克服。 关于宽带放大器,重新研究了行波(travelling-wave (或分布式)分布式) )放大器技术,充分利用了MESFET的高性能和MMIC的低寄生性(1982年,Strid和Gleeson尤为重要) 但是,热空等人报告的电路尺寸小,性能依然显著,电感内的耦合实际上用于提高性能。 在高功率的情况下,分布式放大器一直处于劣势,但Ayasli等人在1984年提出的电容耦合分布式放大器技术表明,功率限制并不是无法克服的。

当HEMT可用时,分布式放大器进入了新的时代,Majidy-Ahyelal于1990年报告了采用共面波导的InP MMIC分布式放大器的5-100GHz带宽,重新定义了分布式放大器的带宽标准。 Pavio演示分布式放大技术的其他电路功能和宽带混频器和有源

xsdh得到了相当大的好评和广泛的兴趣。 在欧洲,人们对卫星电视接收机产生了极大的兴趣,第一批12GHz MMIC接收机芯片是重要的里程碑

片上天线首先在二极管混频器接收机中展示出来了,因为它们的大小决定了它们主要用于毫米波段。 现在毫米波HEMT技术已经成熟,片上天线元件更令人感兴趣,因此晶圆级有源相控阵已经被提出。 为了使电路小型化技术,有源技术一直是人们感兴趣的技术;Schindler等人提出了在横向分布式放大器拓扑中使用FETs的有源滤波器, 并由Hara等人提出了有源电感,这些都是在1989年发生的。 Hirota等人证明,‘Uniplanar(共面)’的MMIC采用共面波导和槽线设计技术,提供了一个巨大的新电路,和平冈等演示了第一批采用薄膜微带技术的多层电路之一。这些概念得到了进一步的发展,并最终导致了三维MMIC技术的出现。

就新的电路设计技术而言,20世纪80年代肯定代表了MMIC设计师的鼎盛时期。 在20世纪90年代,新器件的发展非常迅速,HEMT放大器通过100G Hz势垒,GaAs HBT提供了新水平的高功率性能,即使在毫米波范围内SiGe技术正在开发以开始挑战I1I-V材料的优势地位。 20世纪90年代的另一个重大发展是日益强调MMIC技术在通信中的民用应用,以及无线电革命的首个迹象是因为低成本的MMIC收发器使新的系统成为可能。 因此,设计人员经常采用既定的电路思想,但更多地使用CAD工具,以实现复杂的多功能MMIC,同时小型化电路区域来实现海量制造。

商用电磁仿真模拟器在20世纪90年代末变得广泛使用,并大大提高了设计者以更大的信心建模电路的能力。 随着我们进入新的千年,很明显,系统集成是一个主要的驱动力,因为制造成本的压力直接推动产品解决方案的组件数量越来越少。 同样,特别是在通信应用中,数字和模拟功能的集成是一个很大的发展趋势,软件无线电等技术越来越受欢迎。 这种不同功能的集成给硅技术在低GHz范围内的直接应用带来了巨大的推动力,在那里有如此多的无线系统同时运行。

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