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微波開關(guān)芯片的研究與設(shè)計(jì)
1.1 研究動(dòng)機(jī)
無線通信市場(chǎng)巨大的潛力、 微波系統(tǒng)高度集成化的趨勢(shì)和半導(dǎo)體工藝技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)共同推動(dòng)著微波集成電路產(chǎn)品不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。 在過去 20 年里, 通信技術(shù)的迅猛發(fā)展使微波器件經(jīng)歷了爆發(fā)式的增長(zhǎng), 隨著 5G 和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展, 通信標(biāo)準(zhǔn)逐漸向高頻段的微波甚至毫米波頻譜拓展, 多模多頻和“萬物互聯(lián)” 將使微波前端芯片的需求量急劇增加, 這為微波集成電路提供了更為巨大的發(fā)展機(jī)遇和市場(chǎng)需求, 在可預(yù)見的未來, 微波集成電路將更加深刻地影響著人們的生活。 微波集成電路采用的工藝主要有 GaAs、 SiGe BiCMOS、 體硅 CMOS 和SOI CMOS, 它們的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表 1-1 所示。 目前, SiGe BiCMOS、 體硅 CMOS和 SOI CMOS 的發(fā)展越來越受到人們的重視, 硅基工藝在成本和易于集成方面具有先天優(yōu)勢(shì), 但在擊穿電壓方面還有挑戰(zhàn)。
1.2 集成的優(yōu)勢(shì)隨著 MOS 器件工藝節(jié)點(diǎn)的不斷進(jìn)步, CMOS 器件的微波性能得到了極大地改善, CMOS 技術(shù)正成為實(shí)現(xiàn)高集成度首選的技術(shù), 因?yàn)榘⒉ㄇ岸撕突鶐K的收發(fā)機(jī)可以集成在同一塊襯底基片上。 低成本的體硅 CMOS 和 SOI CMOS 集成解決方案正變得越來越流行 [1-9] 。集成微波前端有很多優(yōu)勢(shì):
(1) 板級(jí)無源器件和芯片的數(shù)目隨著集成度的提高而減小, 這降低了裝配和零件的整體成本。
(2) 顯著的功率節(jié)約, 因?yàn)樾盘?hào)不需要經(jīng)過從片外到片內(nèi)的長(zhǎng)距離, 同時(shí),芯片封裝和 PCB 走線的板級(jí)寄生明顯減小。
(3) 系統(tǒng)尺寸的減小是電子設(shè)備小型化的關(guān)鍵, 這能夠減小電子設(shè)備的尺寸和增加更多的功能模塊。 隨著應(yīng)用頻譜不斷向更高的頻率拓展, 芯片尺寸將進(jìn)一步減小和易于集成。
(4) 單片解決方案比起板級(jí)解決方案更加可靠, 性能的一致性也更好, 因?yàn)?/span>集成器件的容差比分立器件要小得多, 而且減少了粘合和和焊接等步驟的影響和風(fēng)險(xiǎn)。
(5) 對(duì)于微波模塊, 集成的解決方案不需要模塊間實(shí)現(xiàn) 50Ω 的阻抗匹配,這使得模塊級(jí)間匹配更為靈活, 性能往往也更加優(yōu)越。集成的優(yōu)勢(shì)使微波電路在設(shè)計(jì)、 功率、 優(yōu)化、 靈活性、 性能和成本等方面的巨大改善, 推動(dòng)著微波集成電路不斷向前發(fā)展。
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