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微波開關(guān)芯片的研究與設(shè)計

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展， 現(xiàn)代微波系統(tǒng)對成本和集成度的要求越來越高， 因此， 采用互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS） 工藝將微波收發(fā)系統(tǒng)所有模塊集成在同一塊硅晶片上一直都是國內(nèi)外研究的熱點。 目 前， 微波功率放大器和微波開關(guān)由于高功率處理能力的要求是微波前端實現(xiàn)全集成的主要限制因素， 這篇文章主要對硅基 CMOS 微波開關(guān)進行研究， 推動微波系統(tǒng)的前進與發(fā)展。本文對微波開關(guān)關(guān)鍵性能參數(shù)進行了詳細地研究， 并著重針對功率處理能力提出了改善方法， 同時也探究了關(guān)鍵無源器件的模型和工作機制， 以指導(dǎo)高品質(zhì)無源器件的設(shè)計。

絕緣體上硅（SOI） 工藝由于埋氧層而可以使用高阻硅襯底緩解襯底耦合效應(yīng)。低頻微波開關(guān)使用浮體型絕緣體上硅 N 溝通場效應(yīng)晶體管（FB SOI NMOSFET） ，采用串并式結(jié)構(gòu)， 使用晶體管串疊改善功率處理能力。 論文對其封裝也進行了考慮， 并與開關(guān)進行聯(lián)合仿真與設(shè)計， 減小封裝對開關(guān)微波性能的影響。通過對高頻低插損微波開關(guān)的測試， 在 16GHz， 發(fā)射模式和接收模式的測試插損分別為 4.3dB 和 4.1dB， 隔離度分別為 26dB 和 24dB， 輸入 0.1dB 功率壓縮點IP 0.1dB ） 和輸入 1dB 功率壓縮點（IP 1dB ） 分別為 8dBm 和 13.5dBm。 高頻高隔離度微波開關(guān)的測試結(jié)果表明： 在 17.5GHz， 發(fā)射模式和接收模式的插損分別為 2.7dB和 2.3dB， 隔離度分別為42dB和 31dB， 發(fā)射模式的 IP 1dB 為22dBm， IP 0.1dB 為17dBm。低頻高功率處理能力開關(guān)的仿真結(jié)果表明： 各工作模式的插入損耗小于 1.1dB， 隔離度大于 25dB， IP 1dB 約 44dBm, IP 0.1dB 約 41dBm。所設(shè)計的微波 CMOS 開關(guān)基本符合預(yù)期的性能要求， 對硅基 CMOS 全集成微波系統(tǒng)的發(fā)展有一定的推動作用和借鑒意義。

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