射频集成电路设计论文提纲

论文题目：应用于相控阵收发组件的射频/微波集成电路设计

摘要：本文重点研究了不同工艺下用于相控阵雷达和通信系统的射频/微波单片集成电路设计。 首先采用三维电磁场仿真方法建立了TSMC0.18um工艺的传输线的模型，根据此模型，采用传输线匹配的方法设计了工作在X波段（8-12GHz）的低噪声放大器（LNA）和功率放大器（PA），LNA的噪声系数小于4.5dB，小信号增益大于20dB，PA输出功率大于18.3dBm，功率增加效率为15%，并设计了SPDT开关，插入损耗2.5dB，隔离度大于20dB，最终实现收发模块。根据多层金属耦合的方法采用金属4和金属6设计了Balun结构，并在此基础上设计二极管环形混频器，混频器在17dBm的LO功率驱动下带内变频损耗小于14.2dB，最小变频损耗12dB。提出了一种高隔离度低损耗的CMOS工艺开关设计方法，设计了工作在S波段的隔离度为39.27dB，插入损耗1.03dB的高性能射频单刀双掷开关（SPDT），并设计了工作在3.1-10.6GHz的噪声系数小于3.55dB，增益大于15dB的超宽带低噪声放大器。 采用GaAs0.25um工艺设计了两种类型的六位数字移相器，分别工作在S波段和C波段。由于两种移相器的电路结构相同，文章中只讨论了S波段移相器的详细设计，分别对各个移相单元180°、90°、45°、22.5°、11.25°、5.625°进行了详细设计。并对移相器的级联散射抑制和降低相位误差的方法进行了详细说明。S波段移相器测试结果表明在2.1-2.7GHz频率范围，移相器以5.625°为步进，相位均方根误差（RMS）小于1.7°，插入损耗小于6.3dB，输入输出反射系数小于-10dB。C波段移相器工作在3.6-4.2GHz频率范围，测试相位RMS小于1.73°，插入损耗小于6.4dB，波动小于0.4dB。输入输出驻波比分别为小于1.58和1.52。 论文研究了基于GaN工艺的微波晶体管开关建模，提出了基于开关GaNHEMT晶体管物理结构分析的等效开关模型，对模型中各种本征和寄生参数进行了详细分析，并验证了模型的正确性，为在GaN基板上设计微波控制电路比如数字移相器、数控衰减器等打下基础。论文还研究了GaN MMIC工艺的器件建模，分别对电容、电感、微带线以及接地通孔进行建模。最后采用E/D模工艺设计了TTL电平转换电路，将数字控制信号的TTL电平转换成一组高低电平，电压分别为0V和-4V，实现数字电平直接控制耗尽型微波控制器件。

关键词：相控阵;T/R组件;MMIC;移相器;开关模型

学科专业：集成电路系统设计

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 相控阵雷达技术的发展

1.2 有源相控阵收发组件

1.3 单片集成微波组件

1.4 论文的组织和结构

第二章 有源相控阵收发组件结构

2.1 收发组件的功能

2.2 收发组件基本结构

2.2.1 射频收发结构

2.2.2 中频收发组件

2.2.3 数字收发组件

2.3 宽禁带半导体技术

2.4 小结

第三章 基于硅工艺的收发组件设计

3.1 传输线建模

3.1.1 CMOS 工艺传输线

3.1.2 品质因数

3.1.3 传输线 ADS 模型

3.2 低噪声放大器

3.2.1 MOS 噪声模型

3.2.2 LNA 电路设计

3.2.3 结果及分析

3.3 功率放大器设计

3.3.1 CMOS 工艺功放设计挑战

3.3.2 两级共源共栅设计

3.3.3 仿真结果

3.4 收发组件

3.4.1 开关设计

3.4.2 收发组件

3.5 混频器

3.5.1 二极管混频器

3.5.2 Balun 设计

3.5.3 Mixer

3.6 高隔离度开关设计

3.6.1 CMOS 开关晶体管等效模型

3.6.2 电路设计

3.6.3 仿真分析及版图

3.7 超宽带低噪声放大器设计

3.7.1 电路分析与设计

3.3.2 结果与讨论

3.8 本章小结

第四章 砷化镓工艺六位移相器设计

4.1 数字移相器性能指标

4.2 移相器分类

4.2.1 反射型移相器

4.2.2 传输型移相器

4.3 S 波段砷化镓六位移相器设计

4.3.1 45°、90°、180°设计

4.3.2 22.5°、11.25°设计

4.3.3 5.625°设计

4.3.4 电路优化

4.3.5 测试结果

4.4 C 波段砷化镓六位移相器设计

4.5 本章小结

第五章 氮化镓微波控制晶体管建模及电平转换电路设计

5.1 基于氮化镓工艺的微波电路设计优点

5.2 氮化镓工艺开关控制器件建模

5.2.1 氮化镓 HEMT 开关器件物理结构与等效模型

5.2.2 模型验证

5.3 氮化镓基 MMIC 中的无源器件

5.3.1 电容

5.3.2 电感

5.3.3 微带线及接地通孔

5.4 氮化镓基 E/D 模电平转换电路设计

5.4.1 电路设计

5.4.2 版图设计

5.5 小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

博士期间研究成果