微波開關(guān)芯片的研究與設(shè)計.pdf

1、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

2、時也探究了關(guān)鍵無源器件的模型和工作機制，以指導高品質(zhì)無源器件的設(shè)計。
　　三阱體硅互補金屬氧化物半導體（Triple-well Bulk CMOS）工藝的襯底導電性和寄生電容使高頻微波體硅CMOS開關(guān)難以實現(xiàn)低插入損耗，因此基于集總等效傳輸線結(jié)構(gòu)設(shè)計高頻微波開關(guān)以緩解晶體管的襯底泄漏損耗，從而獲得低插損性能。高頻高隔離度微波開關(guān)的設(shè)計在低插損微波開關(guān)基礎(chǔ)上通過結(jié)構(gòu)串疊來實現(xiàn)，以插損的犧牲換取隔離度的提升，并以晶體管串疊技術(shù)和前饋電

3、容技術(shù)改善功率處理能力。
　　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，

4、隔離度分別為26dB和24dB，輸入0.1dB功率壓縮點（IP0.1dB）和輸入1dB功率壓縮點（IP1dB）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IP1dB為22dBm，IP0.1dB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，I