【摘 要】
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近年来,高性能的相控阵收发系统常用于毫米波通信领域,提升通信系统的灵敏度。与此同时,硅基半导体工艺的集成度不断提高、制造成本不断降低,逐渐受到电路设计领域的青睐。因此,应用于相控阵收发系统的硅基工艺毫米波数控衰减器有着广阔的研究空间。本文首先基于40nm CMOS工艺设计了一款Ka波段6位无源数控衰减器。该无源数控衰减器工作频率为27.5-31GHz,在传统结构的基础上采用了相移补偿电容结构,减小
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近年来,高性能的相控阵收发系统常用于毫米波通信领域,提升通信系统的灵敏度。与此同时,硅基半导体工艺的集成度不断提高、制造成本不断降低,逐渐受到电路设计领域的青睐。因此,应用于相控阵收发系统的硅基工艺毫米波数控衰减器有着广阔的研究空间。本文首先基于40nm CMOS工艺设计了一款Ka波段6位无源数控衰减器。该无源数控衰减器工作频率为27.5-31GHz,在传统结构的基础上采用了相移补偿电容结构,减小了附加相移;针对芯片的温度、工艺角误差特性,采用了补偿技术,有效减小了衰减器电路在高低温环境和不同工艺角条件下的性能误差。该无源数控衰减器芯片的测试结果为:衰减范围31.5d B、衰减步进0.5d B,工作频带内均方根衰减量误差小于0.5d B、均方根附加相移小于2.8°,插入损耗小于7.6d B,芯片尺寸为865μm×520μm。为了优化无源数控衰减器的插入损耗特性,本文设计了一款Ka波段6位有源数控衰减器。该有源数控衰减器同样基于40nm CMOS工艺,工作频率为30-34GHz,采取了可变增益放大器和无源衰减模块结合的结构,有效改善了电路的插入损耗;可变增益放大器采用交叉耦合结构,实现端口阻抗不变特性和低附加相移特性;无源衰减模块沿用了上述相移补偿电容结构。联合仿真结果显示,该有源数控衰减器可实现衰减范围31.5d B、衰减步进0.5d B,工作频带内均方根衰减量误差小于0.19d B、均方根附加相移误差小于1.48°,参考态增益大于2.3d B,静态功耗8.6m W,芯片尺寸为642μm×513μm。
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