超宽带低相移单片六位微波数字衰减器的设计与研究

论文摘要

超宽带低相移单片微波数字衰减器在宽带电子对抗、相控阵雷达系统和宽带微波合成扫频信号发生器等仪器仪表中都有着广泛的应用。本文研究的超宽带单片六位微波数字衰减器插入相移小、衰减精度高,采用该电路将使相应的系统省去为校准幅度和相位所增加的额外电路,降低成本,提高可靠性,并且这种电路可以编程控制,易与计算机技术兼容。本论文主要介绍了2～18GHz超宽带低相移六位MMIC数字衰减器的原理、电路的设计、仿真优化及版图设计。文中首先探讨了微波单片集成电路中控制器件GaAsPHEMT开关的工作机理,模型的建立及电路模型参数的提取。然后介绍了数字衰减器的基本理论,并分析了几种典型数字衰减器电路拓扑结构（如T型、PI型、桥T型、开关路径型等）的工作原理。设计工具采用了Advanced Design System 2004（ADS2004）,首先根据不同的衰减量确定合适的数字衰减器的电路拓扑结构,根据衰减量计算出该拓扑结构中的电阻初值,然后联接实际的微带电路对衰减精度、插入损耗、相对插入相移和输入/输出驻波比进行优化。每一位优化达到设计指标后,再将每位级联构成六位数字衰减器,进行总体仿真优化。完成电路仿真优化后初步生成每个衰减位的版图,最后进行版图的级联和设计,使其结构紧凑、占用芯片面积小、使用方便。最后设计的超宽带单片六位数字衰减器参考态插入损耗低、衰减精度高、插入相移小、输入/输出驻波低、尺寸小。在工作频带2～18GHz内,最大衰减量为31.5dB、衰减步进为0.5dB;参考态插入损耗:＜3.6dB;衰减精度典型值:±0.3dB;总插入相移:-2.018°/+2.367°;输入/输出驻波比典型值:1.30;芯片尺寸:2.93mm×1.02mm×0.1mm。各项性能均优于设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 MMIC技术发展概况
• 1.2 MMIC的优点和不足
• 1.3 MMIC的应用
• 1.4 MMIC数字衰减器的研究意义及发展概况
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 GaAs PHEMT开关特性及建模研究
• 2.1 GaAs无源器件
• 2.1.1 电阻
• 2.1.2 微带元件
• 2.2 GaAs PHEMT开关特性
• 2.2.1 赝同晶GaAs HEMT（PHEMT）的物理结构
• 2.2.2 PHEMT器件工作机理
• 2.3 GaAs PHEMT开关建模研究
• 2.3.1 工程模型提取
• 2.3.2 模型参数提取
• 3 数字衰减器的基本理论
• 3.1 数字衰减器的主要技术指标
• 3.2 几种衰减结构的分析比较
• 3.2.1 T型衰减器
• 3.2.2 PI型衰减器
• 3.2.3 桥T型衰减器
• 3.2.4 开关式衰减器
• 4 MMIC六位数字衰减器的设计
• 4.1 小衰减位的设计
• 4.1.1 0.5dB衰减位的设计
• 4.1.2 1dB衰减位的设计
• 4.2 中等衰减位的设计
• 4.2.1 2dB衰减位的设计
• 4.2.2 4dB衰减位的设计
• 4.3 大衰减位的设计
• 4.3.1 8dB衰减位的设计
• 4.3.2 16dB衰减位的设计
• 4.4 六位级联衰减电路仿真
• 4.5 版图设计
• 4.5.1 设计规则
• 4.5.2 衰减器总体版图
• 5 MMIC工艺技术及CAD技术
• 5.1 MMIC加工工艺以及加工流程
• 5.2 MMIC CAD技术简介
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录