高线性宽带非对称SPDT射频开关设计

摘要

射频微波行业突飞猛进，促进手机终端、智能控制系统、通信市场的快速发展，使得人们越来越依赖性能优良的收发系统，对高集成度、高性能和低成本射频前端的需求愈发迫切。本设计中的射频微波开关是射频前端的关键元件，其电路性能将直接影响射频系统性能。
　　设计针对收发系统的导通关断需求的单刀双掷开关进行研究，首先探讨了射频开关芯片市场的需求现状，针对几款常见芯片进行参数对比综合评价，进而提出设计目标。然后讨论目前业内常用工艺，对比得出用于专门设计开关芯片的0.5μm栅宽砷化镓基赝配异质结高速电子迁移率晶管(GaAs pHEMT)工艺的优势。此工艺能较好实现射频前端集成模块中的功率放大器、开关、低噪放等元件的设计，性能参数优良。可以满足高集成度的需求，功耗低且成本可控。
　　文中针对发射支路与接收支路性能要求不同，创新设计非对称结构的开关拓扑;利用场效应管的堆叠理论、对于开关管芯的多栅理论、开关控制的基本原理等在保证插入损耗以及隔离度的情况下着重提高其线性度。通过优化接地电容增大开关的使用带宽、提高谐波抑制能力。同时考虑减小键合线引入的电感影响等。为了进一步提高功率处理能力，针对性设计大小合适的前馈电容。然后利用ADS软件进行原理图与整体版图设计、仿真，将插入损耗、反射损耗、隔离度等小信号性能参数与线性度包括谐波抑制比和输入三阶交调截点等进行综合分析，取性能折衷最优，完成版图设计。最后完成流片、封装，芯片大小为3*3 mm2。采用射频微波试验台对开关芯片进行实测，测试结果表明，本设计开关芯片工作带宽为10MHz-2.6GHz，插入损耗(IL)小于0.6dB，隔离度(ISO)大于26dB，发射支路功率处理能力可达42dBm(70dBc)，接收支路为35dBm(68dBc)，符合应用需求。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景论述

1．2 射频开关芯片研究现状

1．2．1 射频开关常见工艺

1．2．2 砷化镓pHEMT工艺简述

1．2．3 FET型开关的模型

1．2．4 宽带射频开关现状分析

1．3 论文主要架构内容安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文组织结构

2 开关设计理论基础

2．1 小信号性能参数理论分析

2．1．1 散射参量理论

2．1．2 开关的主要性能参数

2．2 设计方案及拓扑结构选择

2．2．1 开关电路拓扑结构

2．2．2 非对称开关拓扑结构

2．3 并联支路功率处理能力分析

2．3．1 串联结构耐受功率分析

2．3．2 并联结构耐受功率分析

3 高线性宽带开关芯片设计及仿真

3．1 具体管芯性能分析

3．2 三栅管芯的结构设计

3．3 实际设计中的考虑

3．3．1 散热收发切换时间问题分析

3．3．2 负载失配

3．4 系统具体电路设计与仿真

3．4．1 射频微波开关性能指标

3．4．2 电路拓扑

3．4．3 电路关键参数计算

3．4．4 电路仿真

3．5 版图设计原则及开关芯片版图

4 射频微波开关流片及芯片测试

4．1 流片加工

4．2 性能测试

4．2．1 测试准备内容

4．2．2 测试搭楚及流程

4．2．3 芯片测试结果

4．2．4 芯片测试结果分析

5 总结与展望

5．1 论文研究总结

5．2 工作展望

参考文献

作者简历及在学期间取得的科研成果