針對Ka波段單片收發(fā)（T/R）集成電路對發(fā)射大功率和高隔離度的需求,分析了傳統(tǒng)單刀雙擲（SPDT）開關(guān)中并聯(lián)、串聯(lián)晶體管尺寸對插入損耗、隔離度和線性度的影響,設(shè)計了一款非對稱的毫米波單刀雙擲開關(guān),通過去除發(fā)射通道上的并聯(lián)支路,提高發(fā)射通道的1 dB壓縮點輸出功率。同時,通過串聯(lián)和并聯(lián)電感與晶體管寄生電容并聯(lián)諧振的方式,提高發(fā)射和接收通道的隔離度。該開關(guān)采用0.13μm SiGe BiCMOS工藝實現(xiàn),測試結(jié)果表明,在25～40 GHz頻率范圍內(nèi),接收模式下,插入損耗S₃₁小于4 dB,回波損耗S₁₁和S₃₃分別小于-10.8 dB和-11.8 dB;發(fā)射模式下,插入損耗S₂₁小于1.8 dB,1 dB壓縮點輸出功率大于18.2 dBm,隔離度S₃₂大于19 dB,回波損耗S₁₁和S₂₂分別小于-14.6 dB和-15.9 dB。該Ka波段非對稱單刀雙擲開關(guān)芯片的核心面積僅0.21 mm²。 

【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020,45(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【圖文】：

對稱開關(guān)原理圖

圖1 對稱開關(guān)原理圖從等效電路可以看出,當(dāng)晶體管開啟時,信號由源極流入漏極,此時希望信號通路上總的阻抗盡可能小,即最大程度降低Ron的阻值和Cjs及Cjd電的容值,并提高Cs的電容值,使損耗盡量的低。MOSFET的導(dǎo)通電阻Ron可表示為[7]

當(dāng)晶體管關(guān)斷時,為了得到更高的隔離度,Cs,Cjs和Cjd的電容值應(yīng)盡量小,以阻礙信號通過。同時, Rsub也要盡量小,可以進一步防止信號通過,提高隔離度。關(guān)斷狀態(tài)下,通過減小晶體管尺寸w和Rsub阻值來增大隔離度,可以看出,關(guān)斷狀態(tài)和開啟狀態(tài)下,w和Rsub值的優(yōu)化方向是相反的。因此,開關(guān)的插入損耗與隔離度相互制約,需對二者進行折中。圖3為假設(shè)計 M1和M2選擇相同尺寸時,開關(guān)插入損耗(LI)和隔離度(ISO)隨M1(M2)尺寸的變化曲線圖。在圖1中,當(dāng)單刀雙擲開關(guān)工作在發(fā)射模式時,晶體管M2和M3關(guān)斷,晶體管M1和M4導(dǎo)通,為了提高TX端口的耐功率能力,就需要M2有足夠高的漏源耐壓能力,隨著器件工藝的不斷進步,器件的開關(guān)速度越來越高,而漏源耐壓卻越來越小,為了解決這個問題,通常需要將并聯(lián)的支路中的M2拆分為M21,M22,…,M2n,n取決于耐壓的大小,除了提高耐壓外,由于將電壓分散在n個器件上,每個器件都工作在線性區(qū)域,因此這樣還會提高整個開關(guān)的線性度[8]。但是,并聯(lián)支路串聯(lián)的MOSFET越多,會導(dǎo)致關(guān)斷支路端口到地整體等效電阻的增加,進而降低開關(guān)整體的隔離度性能。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ka波段高隔離單刀單擲開關(guān)設(shè)計[J]. 周勇濤,凡守濤,許春良,魏紹仁.  半導(dǎo)體技術(shù). 2016(08)
[2]CMOS單片高隔離度Ka波段單刀雙擲開關(guān)的設(shè)計[J]. 劉超,李強,熊永忠.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2016(04)
[3]一種Ka頻段MEMS開關(guān)的研制[J]. 董自強,趙博韜,石國超.  數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2014(02)

碩士論文
[1]Ka波段高功率開關(guān)芯片研究[D]. 劉斐珂.電子科技大學(xué) 2008



本文編號：3298902