宋增超[1]2003年在《GaAs单片微波集成电路（MMIC）失效分析和评价技术》文中研究表明GaAs MMIC由于良好的微波性能广泛应用于通讯、卫星、雷达等军用和民用高科技领域。本论文对GaAs MMIC失效机理和快速评价技术进行了研究。通过温度斜坡试验，对器件试验前后的I-V特性的对比分析和微结构的分析表明，欧姆接触退化和栅下沉共同导致了器件的失效。高温下器件I-V特性曲线有上翘现象出现，低温情况下未观察到此现象，这是由于高温下的热电子效应所致。有源元件控制着GaAs MMIC的失效特征，但在早期失效中，无源元件的失效起主要作用，可通过改进工艺和工艺筛选加以剔除。对GaAs MMIC互连出现的烧毁现象的显微分析表明，主要是空气桥金属化层过薄，尤其是搭接处易出现塌陷，金属层加厚后，互连线的烧毁能力有明显改善。针对目前常规评价方法不能适应当前微电子器件快速发展的需求，提出了恒定电应力的温度斜坡法（简称TRM法），动态观察和分析器件退化的全过程，应用此方法给出了实验样品的失效激活能和寿命预测值，并与常规方法进行了比较，得到了比较一致的结果。在计算寿命的过程中，综合考虑了电应力和温度应力，根据失效判据，选取实验过程中相应的温度段，采用能量积分的方法来外推器件的寿命。与常规试验对比证明，本试验方法所需样品少，测试时间短，成本低，效率高，试验结果同常规方法有可比性。通过本实验，已经摸索出了一种微电子器件快速评价的新方法。
文星[2]2010年在《超宽带单片五位数字衰减器的研究》文中研究指明随着科技的进步,通信系统不断更新换代,通信产品也随之不断的向小型化、低功耗、高可靠性等方向发展,而单片微波集成电路(MMIC)具有小型紧凑、稳定性好、抗干扰能力强、产品性能一致性好和批量生产成本低等优势,因而在通信市场中占据越来越重要的地位。作为系统的重要组成部分,MMIC衰减器在宽带通信、微波无线电通信、雷达以及空间通信等电子设备中有着广泛的应用。本论文主要介绍了超宽带五位MMIC数字衰减器的原理电路设计、仿真优化、版图设计、流片的在片测试及测试结果分析。文章首先介绍了MMIC技术特点以及应用,其次陈述了MMIC衰减器的发展概况和研究意义,并对工艺特点以及几种基本衰减结构进行了讨论,再次具体介绍了此超宽带衰减器的设计过程:根据具体要求,选用最优的结构,采用MOMENTUM联合仿真优化法,分别设计出1dB、2dB、4dB、8dB、16dB衰减位,再通过级联整体仿真优化设计出了所需衰减器。由于所设计的电路还进行了流片验证并使用探针台做了在片测试,因而最后还对测试结果进行了全面分析,讨论了所做工作的意义与不足。该五位MMIC数字衰减器的工作频段为5-38GHz,就作者所知,是国内见报道的同类产品中带宽最宽的。设计软件使用了ADS2006A系统,采用0.25um pHEMT工艺线实现。经流片测试,所设计衰减器性能良好,在工作频带内的衰减范围为31dB,衰减步进为1dB,具有较精确的衰减步进误差(1.0±0.4dB),小的插入损耗(<7dB)以及优良的回波损耗(>12dB),芯片尺寸仅为2.4mm×1.2mm×0.1mm,可以应用于军事电子对抗及民用通信中。
杨小峰[3]2014年在《应用于相控阵收发组件的射频/微波集成电路设计》文中研究表明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。首先采用叁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。
杨维波[4]2008年在《高功率Ka波段功率放大器芯片设计》文中提出单片微波集成电路(MMIC)具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高等一系列优点,并可缩小电子设备的体积、减轻重量、价格也可降低不少,这些优点对军用电子装备和民用电子产品都十分重要。本文所讨论的高功率Ka波段微波放大器芯片采用MMIC的方式来实现,主要应用于机载相控阵雷达的T/R组件上,是构成机载相控阵雷达T/R组件的重要部件。根据MMIC发展趋势以及国内实际情况,论文采用多级、多路合成的方法设计了Ka频段MMIC功率放大器,并针对Ka频段单片功率放大器展开了研究,包括对制造工艺的有源器件和无源元件的介绍分析、晶体管热设计、电路拓扑的选取、匹配电路和偏置电路的形式。最后在版图调整规则下,对电路进行了仿真,确定了最终电路版图。论文实际利用0.13μmGaAs pHEMT工艺实现了一个频带宽度为2GHz的单片高功率放大器的仿真设计。设计好的电路分为叁级,每级单路pHEMT的尺寸都是14×50μm ,芯片版图面积为3mm×6.2mm。放大器都采用Vd s=6V, Vg s=-0.5V正负偏压A类工作方式,以获得最小的线性失真和最优化的输出功率。在30GHz-32GHz工作频段内,小信号增益大于13dB,输入输出驻波系数都小于3,功率附加效率PAE的值大于15%,1dB压缩点输出功率达到31dBm,饱和输出功率达到33dBm。
周浩[5]2015年在《微波毫米波集成技术研究》文中指出微波毫米波电路与系统的集成化研究对于高速无线通信、卫星遥感、医疗检测以及射电天文等领域的发展有着重要意义。高性能无源器件与微波毫米波单片集成电路相结合的高密度封装级集成是现阶段系统集成化研究的主流方向。因此设计实现易于集成的高性能无源器件和高性能的微波毫米波单片集成电路就成为了微波毫米波系统集成技术的研究重点。本论文分别对易集成的高性能天线阵列、高性能的频率选择表面和回溯天线阵列以及高性能微波毫米波单片集成电路等方面开展了比较深入的研究。论文的主要工作如下：第一章研究了双端馈电的45°极化SIW缝隙阵列天线。首先提出了一种差分双端馈电45°极化SIW缝隙阵列天线,通过双端馈电为天线阵列提供了匹配负载,因此能够在保证稳定法向辐射的同时改善带宽性能,而馈电网络中集成的金属化通孔滤波结构也有效地减小了天线阵列工作频段外的差波束辐射。接着提出了一种平衡双端馈电45°极化SIW缝隙阵列天线,采用蜿蜒线实现了天线单元沿SIW传输线法向组成的缝隙阵列天线,将差分双端馈电网络简化为平衡双端馈电网络,降低了馈电网络中相移结构对于天线性能的影响。最后,针对24GHz车载雷达应用分别设计实现了差分双端馈电和平衡双端馈电45°极化SIW缝隙阵列天线,实验结果与仿真设计结果基本一致。本章部分研究成果已发表在国际会议EuCAP 2015,部分研究成果已投稿至国际会议ISAP 2015。第二章研究了高性能堆迭式紧凑型贴片阵列天线。首先提出了一种可有效抑制交叉极化的紧凑型贴片阵列天线,贴片互连的结构能够在实现紧凑结构的同时将阵列原有的电场对称性改进为电流对称性,减小环境对于辐射对称性的影响,降低了贴片拐角的交叉极化辐射,从而有效抑制了交叉极化。接着进一步将互连结构用于更大阵列,通过仿真验证了其交叉极化抑制效果。本章还将紧凑型贴片阵列天线改为四端口天线单元,与序贯相移馈电技术结合提出了圆极化紧凑型贴片阵列天线,在保持高增益宽频带特性的同时实现了紧凑的结构。最后,针对24GHz车载雷达应用分别设计实现了有效抑制交叉极化的紧凑型贴片阵列天线和圆极化紧凑型贴片阵列天线,实验结果与仿真设计结果一致。本章研究成果将发表在国际核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.上。第叁章研究了SIW无源回溯天线阵列。首先分析了SIW技术应用于回溯天线阵列因表面金属反射而引起的干扰问题,提出了一种具有极化扭转特性的SIW无源回溯天线阵列,利用极化隔离特性有效地解决了反射干扰问题。然后提出了该类型极化扭转无源回溯天线阵列的简化设计方法、校准和测量方案。本章还提出了集成SIW移相器的无源回溯天线阵列,通过同时调节互连传输线长度和宽度来控制互连传输线的相位特性,不仅实现了紧凑的结构,还为无源回溯天线阵列互连网络的相位控制提供了新的思路。最后,设计实现了79GHz极化扭转无源回溯天线阵列和35GHz集成SIW移相器的无源回溯阵列,实验结果与仿真设计结果一致。本章研究成果已经发表在国际核心期刊IEEE Trans. Antennas Propag.和国际会议IEEE IWS 2015上。第四章研究了L形缝隙周期结构极化扭转反射型频率选择表面。首先提出了单L形缝隙周期结构反射型频率选择表面中受腔体扰动的缝隙谐振和受缝隙扰动的腔体谐振,成功区分了通带内两个同极化反射系数零点。然后采用单因子分析法对所做分析进行了仿真验证并得出反射系数零点和结构变量间的部分定性关系。接着提出了平行双L形缝隙周期结构反射型频率选择表面,利用平行双缝的共面波导模式,成功在阻带加入一个新的交叉极化反射系数零点,有效提高了频率选择性能。之后采用单因子分析法对所做分析进行了仿真验证并分析了该结构提高频率选择性能的局限性。最后,设计实现了35GHz双L形缝隙周期结构极化扭转反射型频率选择表面,实验结果与仿真设计结果一致。本章研究成果将发表在国际核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag. Lett.上.第五章研究了GaAs微波毫米波单片集成电路。设计实现了K波段差分输出GaAs压控振荡器芯片,能够实现19.18%的调频范围且具有良好相位噪声性能；设计实现了GaAs低噪声放大器芯片,在20-30GHz频段具有34dB的增益和小于3.6dB的噪声系数。采用GaAs工艺设计实现了一系列微波毫米波功率放大器芯片：具有单端输出和差分输出的中等功率放大器,能够在20-30GHz频段分别提供18dBm口21dBm的功率输出；K波段多模式功率放大器将射频多模式功率放大器概念延伸到微波频段,能够实现高低功耗模式并分别提供16d Bm口14dBm的功率输出；设计实现的叁款Q波段直接合成功率放大器,测量结果与仿真结果基本一致,为大功率放大器的设计打下了基础；设计实现的两款平衡式大功率放大器芯片能够分别在其工作频段成功实现1W的功率输出。
余稳[6]2007年在《基于微波单片集成电路的交通信息采集技术研究》文中提出道路交通信息采集作为输入信息来源应用于智能交通系统(ITS,Intelligent Transportation Systems)中,担负着提供准确可靠信息源以使整个智能交通系统得以顺利准确运行的重任。国际国内对ITS都投入很大,“十五”期间我国在北京等十一个城市开展了ITS试点工作,“十一五”期间是ITS成果重点推广期。这期间以及将来,对交通信息采集的需求巨大,因此开展对交通信息采集技术的研究并研发出交通信息采集装置很有意义,同时也极具市场需求。针对这一需求,本论文研究出了一种新的交通信息采集技术—基于微波单片集成电路(MMIC,Monolithic Microwave Integrated Circuits)芯片的微波雷达技术,并基于该技术成功研制了一种交通信息采集装置—微普雷达(MPR-MicroPuRadar),目前MPR已通过有关部门鉴定,进入产品中试期。交通信息采集技术可分为波频(微波、超声、红外)、线圈和视频等叁类。各类技术均有其优缺点,整体说来,微波技术最有发展前景。首先该技术克服了由于安装带来的问题(基于线圈技术的交通信息检测装置必需埋设在路面下,所以安装维修困难,需中断交通、破坏路面,并且维护费用高,寿命短),其次该技术不受恶劣气候和光照条件的影响(这是视频技术难以很好解决的难题),再有该技术能同时检测多车道,相对成本低。其缺点是只能给出车辆平均速度并且不能准确分辨车型。本文作者在此项研究工作中具体的研究内容主要包括:基于微波雷达的交通信息采集技术系统设计与整体负责实施;组织装置样机的研制与外场测试;MMIC VCO、MMIC mixer芯片的设计与测试;雷达中频信号处理单元的研发;雷达信号处理算法研究;提出下一代交通信息采集技术的整体思路与技术途径。本文作者在该项研究过程中的创新点与解决的关键技术:1)将微型雷达技术应用于道路交通信息采集,成功研制出样机。该类检测装置在国内属于唯一,从比对测试结果看,技术上已进入国际先进水平行列;2)在国内首次成功设计并制作出基于0.25um GaAs PHEMT工艺的MMICVCO、MMIC mixer芯片,并应用于交通信息采集技术。在设计中解决了大幅度缩小MMIC VCO芯片面积、提高调谐带宽,MMIC mixer工艺兼容性、缩小Lange耦合器微带间距等关键技术问题;3)通过采用多级带通滤波器级联等技术成功设计并制作出具有高正斜率大增益的带通滤波器,且滤波曲线上升与下降沿极陡;成功解决电源纹波对信号处理的影响问题;4)提出了一套完整算法模型应用于雷达系统,成功解决了交通信息采集中的零信号问题、车辆拥堵时车辆准确计数问题以及相邻车道车辆相互间的影响问题;5)在分析总结当前交通信息采集技术的基础上,提出了双波束微波雷达技术作为下一代交通信息采集技术的新思路与技术途径,并进行了可行性分析。本文研究成果MPR可以很准确地检测车流量信息,但也还存在无法准确测量车辆速度和车辆长度,检测灵敏度不能自适应调节等问题。目前改善工作正在进行中,但是最根本的解决方式是采用下一代交通信息检测技术—双波束微波雷达技术。
刘涌[7]1995年在《单片微波集成电路元件的可靠性研究进展》文中认为单片微波集成电路(MMIC)是通过在共用半绝缘衬底(现用GaAs)上装配无源和有源元件制成的。今天,GaAs MMIC因其集成度高、电路功能多、频带宽度极大而进入微波通信和高频测量系统市场。GaAs MMIC遗留下来的关键问题之一是可靠性与器件性能的关系、电路的温度稳定性、互连以及引线键合、封装等等。当然,电路的有源和无源元件的可靠性一直是头等重要的。 MMIC的典型有源元件是砷化镓金属半导体场效应晶体管(GaAs MESFET)和高电子迁移率晶体管(HEMT)。对有源元件的可靠性曾通过在dc或RF偏压和高温条件下的寿命试验作过调查。共同报导的在dc偏压条件下的退化是:1)漏—源电流I_(dss)减小,2)夹断电压V_P下降,3)栅极漏电流增大。当施加RF偏压时,元件会因增益下降而有退化倾向。并伴随着噪声系数加大。此外,还发现金属栅极和接点间形成极间金属通道,结果造成元件因短路而失效。按适当规定的失效判据(通常是I_(dss)或增益变小的一定百分率),就可确定其寿命时间。失效分布假定为对数正态分布,在中等沟道温度范围(130～200℃)内已获得10~7～10~8h MT-TF。各种仪器检测方法,包括扫描光学显微镜、俄歇、能量弥散χ射线光谱学分析(EDXA)和二次离子质谱学分析,都已用来识别上述失效原因。现在可以相信,GaAs FET
魏启甫[8]2005年在《基于LTCC的3DMIC中内埋无源元件的设计与分析》文中研究表明信息时代的到来,对微波集成电路提出了更高的要求。超大规模单片集成电路已经达到其集成或微型化的极限,要进一步提高其组装密度和扩展功能,唯一的途径就是发展叁维微波集成电路(3DMIC)。但是3DMIC需要高性能的封装材料(特别是对于微波损耗来说),高容量、低成本的生产能力。低温共烧陶瓷(LTCC)因其各方面的性能优异(它最突出的优点就是能够内埋无源元件),从而真正实现了3DMIC。 本文介绍了3DMIC的产生过程、分类及其技术进展;详细综述了LTCC技术的工艺和技术特点,并对其内埋各种无源元件(如:电阻、电容和电感等)技术进行了全面的论述;利用Agilent公司的电磁仿真软件ADS设计出了一系列结构新颖的多层螺旋电感,并给出了一些仿真结果来证明设计的合理性;研究了多层螺旋电感的测试结构及其测试方法。
付琬月[9]2012年在《高可靠微波固态功放极限评估技术研究》文中研究指明近年来,新型可靠性快速评价技术迅速发展,凭借其试验效率高、试验周期短、成本低等优点,在高可靠元器件质量保证体系中有重要应用。新型可靠性快速评价技术在国外已具备了一定的研究基础和工程经验,本文提出并研究了适用于评价国内宇航级元器件的极限评估技术的相关概念、方法和流程,并结合微波固态功放芯片来进行试验验证。本文首先对极限评估技术的基础理论进行了探索,提出了极限状态数学模型,对相关理论进行了适用性分析。根据不同的评估需求提出了评价元器件能力的四类极限的概念,包括有规范极限、固有极限、可用极限和破坏极限。其次对极限评估的关键技术进行研究,包括对元器件的敏感应力、敏感参数、常见故障模式等的分析方法,并设计了适用于评价微波类器件的极限评估试验项目。本文选用国内某款GaAs MMIC功率放大器芯片,设计了极限评估试验方案,搭建试验测试平台,对器件进行了温度步进、工作电压步进和温度冲击极限评估试验。最终评价了芯片的极限能力;对升压步进试验导致的破坏失效进行了失效分析。试验验证了极限层次的合理性与适用性,从工艺和材料等方面提出了改进意见,验证了极限评估技术在宇航元器件可靠性评价中的作用和价值。课题研究成果已经申请相关专利,并在宇航元器件标准中得以运用。
王雪婷[10]2010年在《C波段GaN基PA MMIC的研制》文中研究说明论文研究了C波段MMIC功率放大器的电路设计,内容包含:回顾MMIC技术的发展和应用,及其相对于HMIC的优势;简单描述HEMT二维电子气的形成机理,HEMT器件的小信号和主要性能参数;最后详细介绍C波段的MMIC功率放大器设计过程和工艺制作流程,并制备了性能良好的MMIC功率放大器。论文利用GaN HEMT工艺实现了一个4-12GHz单片功率放大器,该放大器采用单级放大的拓扑结构,芯片版图面积为5560μm×2290μm。工作于AB类方式,以获得最小的线性失真和最优化的输出功率。仿真得到放大器在工作频带内小信号增益为11dB以上,增益平坦度为≤1dB,输入输出电压驻波比,饱和输出功率达到30.4dBm,输入输出均匹配到50欧姆标准阻抗。得到的仿真结果表明,设计的功率放大芯片能够实现预期的设计指标。同时,通过软件仿真,验证了该设计方案的可行性的仿真设计。
参考文献：
[1]. GaAs单片微波集成电路（MMIC）失效分析和评价技术[D]. 宋增超. 北京工业大学. 2003
[2]. 超宽带单片五位数字衰减器的研究[D]. 文星. 杭州电子科技大学. 2010
[3]. 应用于相控阵收发组件的射频/微波集成电路设计[D]. 杨小峰. 西安电子科技大学. 2014
[4]. 高功率Ka波段功率放大器芯片设计[D]. 杨维波. 电子科技大学. 2008
[5]. 微波毫米波集成技术研究[D]. 周浩. 东南大学. 2015
[6]. 基于微波单片集成电路的交通信息采集技术研究[D]. 余稳. 西安电子科技大学. 2007
[7]. 单片微波集成电路元件的可靠性研究进展[J]. 刘涌. 电子产品可靠性与环境试验. 1995
[8]. 基于LTCC的3DMIC中内埋无源元件的设计与分析[D]. 魏启甫. 合肥工业大学. 2005
[9]. 高可靠微波固态功放极限评估技术研究[D]. 付琬月. 电子科技大学. 2012
[10]. C波段GaN基PA MMIC的研制[D]. 王雪婷. 长春理工大学. 2010
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