DRFM用GaAs超高速ADC、DAC电路设计与实现

论文题目: DRFM用GaAs超高速ADC、DAC电路设计与实现

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 张有涛

导师: 夏冠群,李拂晓

关键词: 模数转换器,数模转换器,相位量化,数字射频存储器

文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 数字射频存储器(DRFM)以高速采样和数字存储作为其技术基础,具有对射频和微波信号的存储及再现能力,为欺骗式干扰现代脉冲多普勒和脉内压缩等新体制雷达提供了有效手段,在现代电子战中有着广泛的应用前景。DRFM的关键参数是瞬时带宽(IBW),它由系统的ADC和DAC的工作带宽决定。但是传统的高精度、高速、宽带ADC、DAC的设计与制造难以实现,限制了DRFM的实用化。本文以用于3bit相位体制DRFM系统的超高速ADC、DAC单片集成电路为总体目标,基于信息产业部南京55所0.5um全离子注入MESFET工艺开展了适合于大规模集成的工艺流程、器件建模、电路设计、测试表征等各方面的研究工作。 从GaAs MESFET器件角度出发,阐述了器件模型的提取过程,提出了一种高效的遗传算法用于提取MESFET小信号等效电路参数。算法用Matlab语言实现,可快速搜索到全局最优解而不受初始值限制。在0.1GHz～10GHz范围内实现了精确、快速地提取GaAs MESFET小信号等效电路参数,并可合理外推至20GHz。研究了不同旁栅电极结构、不同旁栅电极取向对旁栅阈值特性的影响,并分析了旁栅闽值的光敏特性,为制定大规模数字集成电路版图设计规则的提供了可靠依据。 基于现有的工艺条件提出了适合于大规模集成的工艺流程,得到了现时条件下最优的阈值电压均匀性特性,设计适合ADC、DAC电路的MESFET及具有优良正向特性的二极管,最终形成版图设计规则,并讨论了版图绘制时需要重点考虑的问题。结合实际工艺线流片得到的MESFET阈值电压均匀性分布特性,利用蒙特卡罗分析对GaAs FLASH ADC的成品率以及关键参数的灵敏度进行了定性及定量的分析,从理论角度分析了ADC电路对工艺的要求,明确今后电路流片的工艺目标。 详细论述了用于DRFM系统的单片超高速GaAs 3bit相位DAC的设计、制造及测试。在南京电子器件研究所采用0.5um全离子注入GaAs MESFET工艺完成流片。分析并提出了相位体制DAC静态参数和动态参数的表征及测试方法。用时间非线性参数(TDNL和TINL)、幅度非线性参数(ADNL和AINL)以及相位非线性参数(PNL)来描述相位体制DAC的静态性能;用无杂散动态范围(SFDR)、近区谐波失真比(THD6)、有效工作带宽(EWB)、输出信号功率、输出信号幅度一致性来描述相位DAC的频域性能。结果显示其工作带宽大于等于1.5GHz,相位精度小于4%,谐波抑制可达16dBc以上。 详细论述了用于DRFM系统的单片超高速GaAs 3bit相位ADC的设计过程,并利用南京电子器件研究所0.5um全离子注入GaAs MESFET工艺实现。提出一套完全描述相位体制ADC性能的静念参数及动态参数。应用上述方法对该GaAs3bit相

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第一章 引言

1.1 课题目的和意义

1.2 国际国内研究现状和背景

1.2.1 数字射频存储器

1.2.2 模数转换器电路

1.2.3 数模转换器电路

1.2.4 砷化嫁材料与硅材料的比较

1.3 研究基础

1.4 本论文的主要贡献

1.5 论文结构和安排

第二章 GaAs MESFET器件研究

2.1 GaAS器件建模

2.1.1 GaAs MESFET器件物理建模

2.1.2 GaAs MESFET器件等效电路

2.1.3 GaAs器件模型参数提取

2.1.4 用改进的遗产算法提取小信号等效电路参数

2.2 旁栅效应对 GaAs MESFET数字 IC设计的影响

2.2.1 实验设计

2.2.2 测试结果

2.2.3 讨论与分析

2.2.4 结论

2.3 本章小结

第三章 工艺流程及电路成品率仿真

3.1 适于 GaAs MESFET大规模集成电路的工艺研究

3.1.1 有源及无源器件

3.1.2 版图设计规则

3.1.3 工艺流程

3.2 GaAs Flash ADC电路成品率研究

3.2.1 理论分析

3.2.2 仿真分析与讨论

3.2.3 结论

3.3 本章小结

第四章 超高速 GaAs相位体制 DAC电路的设计与测试

4.1 相位体制 DAC电路设计与实现

4.1.1 电路设计

4.1.2 工艺实现

4.2 电路测试与表征

4.2.1 静态性能测试

4.2.2 动态性能测试

4.3 测试环境

4.4 本章小结

第五章 超高速 GaAs相位体制 ADC电路的设计与测试

5.1 相位体制 ADC电路设计与实现

5.1.1 电路设计

5.1.2 工艺实现

5.2 电路测试

5.2.1 测试方法

5.2.2 电路参数表征

5.3 超高速电路测试探讨

5.4 本章小结

第六章 超高速 GaAs幅度体制 DAC及 ADC电路的设计与实现

6.1 幅度体制 DAC电路的设计与实现

6.1.1 电路设计

6.1.2 工艺实现

6.1.3 电路测试

6.1.4 结论

6.2 幅度体制 ADC电路的设计与实现

6.2.1 电路设计

6.2.2 工艺实现

6.2.3 电路测试

6.2.4 结论

6.3 本章小结

第七章 结论及未来展望

7.1 结论

7.2 未来展望

参考文献

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致谢

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发布时间: 2006-02-08

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