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简介MMIC－总结
(2007-05-02 21:18:23)| 分类： 技术文章 |
MMIC与HMIC的区别：
衬底：混合电路用绝缘衬底；单片电路用半绝缘衬底；
无源元件：混合电路用分立元件或者厚膜淀积方法形成的元件；单片电路用薄膜淀积方法形成元件；
有源元件：混合电路用分立元器件；MMIC的元器件则是光刻、淀积等工艺制作在基片上。
生产方法：混合电路是逐个电路加工完成，单片电路是批量电路加工完成。
互连方法：混合电路用导线和键合方法互连，很少用厚膜淀积方法互连；单片电路主要用淀积和光刻方法实现互连。
因此首先应该分清楚RF中HMIC与MMIC两者的关系，对于RFIC设计来说会有一定帮助！
MMIC：
MMIC(monolithic microwave integrated circuit)s
*Cheap in large quantities
*very good reproducibility
*Small and light
*Reliable
*Less parasitic-more BW and higher frequency
*Space is premium; must be as small as possible
*Long turn-around-time(3 Months)
HMIC:
HMIC (Hybrid Microwave integrated circuit)
Simple circuits can be cheap
Poor
Larger and heavier
Mostly “glued” together and so reliabilities suffers
The best transistors are always available
Substrate is cheap, -strip to be used abundantly
Can be very fast(1 week), making redesigns easy
以上即是两者的一点区别
单片微波集成电路(MMIC)介绍之一、二
单片微波集成电路（monolithic microwave integrated circuit）,有时也称RFIC(radio
单片微波集成电路(MMIC)介绍之三
(1 ) GaAs HBT MMIC
GaAs HBT除具有高的功率密度及高效率和线性特性外 ,还提供单电源偏置 ,超低空载电流和功率 -降低 (Power- down)能力。单电源工作和功率 -降低能力可降低手机成本 ,对用户HBT低空闲电流延长了电池寿命和提供更长的通话时间。美国 TRW公司[4]报道了以 2μm Ga As HBT工艺线研制的用于 1 . 9GHz PHS数字无线电话的 Ga As HBT功放 (PA) -低噪声放大器 (LNA) MMIC收发机。该 MMIC由单级 3. 3V电源供电 ,二级功放提供增益 2 4. 4d B,线性输出功率 (Po) 2 1 . 8d Bm,在± 60 0 k Hz频偏下 ,相邻信道功率 (ACP)为 - 52 d Bc,线性功率附加效率 (PAE)达到 31 % ,其性能与 Ga As FET的PA- LNA MMIC相当 ,但芯片面积仅为其 1 / 4～ 1 / 7。HBTLNA给出 1 2 . 8d B增益 (Ga) ,噪声系数 (NF) 1 . 6d B和 1 2 d Bm三级截点 (IP3 )而基极电流小于 7m A。该 MMIC维持电流小于 1 0μA下驱动 ,该性能被认为是1 .9GHz PHS研制开发的集成 PA- LNA T/ R的最好塑封结果。
美国 M/ A- COM公司[1 ]研制开发一种用于无线应用的 Ga As HBT工艺线 ,业已生产出具有 1 6个发射极叉指的 HBT,在 5V集电极电压下 ,在 90 0 MHz下输出 1瓦 ,功率附加效率(PAE)为 70 %。
日本 SHARP公司 [5]报道了用于 1 . 9GHz PHS,在 2 . 7V单电源下工作的低失真。高效率HBT MMIC功率放大器 ,放大器在 2 . 7V下 Pout=2 1 d Bm,PAE=37% ,在± 60 0 k Hz频偏下 ,邻信道功率衰减 ACP=- 55d Bc,Mitsubishi公司[6]研制一种低热阻 Al Ga As/ Ga As功率HBT,采用发射极空气桥结构 ,用三维热分析使器件尺寸最佳化以降低热阻 ,片厚为 1 0 0 μm的多指 (4μm× 40μm,40指 ) HBT的热阻低达 2 3℃ / W,在 3. 4V发射极 -集电极电压下 ,该器件的 Pout=2 9. 1 d Bm,Ga=1 3. 5d B,PAE=53% ,在 948MHzπ/ 4移相 QPSK调制下 ,Padj< - 48d Bc。
低成本、小尺寸、轻重量和高可靠的固态功率放大器 (SSPA)在 C、Ku、K波段卫星通信系统中正迅速替代行波管。高效功率晶体管是 SSPA的主体 ,在功率密度、工作电压、线性和效率方面 ,HBT呈现了超过其它固态器件的各种优点。美国 TI公司研制的 Al Ga As/ Ga As HBT[7],基区浓度高达 1× 1 0 2 0 cm-3 ,基区厚度 80 nm,大大降低了基区电阻 (1 30 Ω/ □ ) ,f=2 0 GHz,Vce=1 0 . 5V,Pout=1 . 1 8W,相应功率密度 3. 93W/ mm,PAE=57. 1 % ,Ga=6. 6d B。
(1 ) GaAs HBT MMIC
GaAs HBT除具有高的功率密度及高效率和线性特性外 ,还提供单电源偏置 ,超低空载电流和功率 -降低 (Power- down)能力。单电源工作和功率 -降低能力可降低手机成本 ,对用户HBT低空闲电流延长了电池寿命和提供更长的通话时间。美国 TRW公司[4]报道了以 2μm Ga As HBT工艺线研制的用于 1 . 9GHz PHS数字无线电话的 Ga As HBT功放 (PA) -低噪声放大器 (LNA) MMIC收发机。该 MMIC由单级 3. 3V电源供电 ,二级功放提供增益 2 4. 4d B,线性输出功率 (Po) 2 1 . 8d Bm,在± 60 0 k Hz频偏下 ,相邻信道功率 (ACP)为 - 52 d Bc,线性功率附加效率 (PAE)达到 31 % ,其性能与 Ga As FET的PA- LNA MMIC相当 ,但芯片面积仅为其 1 / 4～ 1 / 7。HBTLNA给出 1 2 . 8d B增益 (Ga) ,噪声系数 (NF) 1 . 6d B和 1 2 d Bm三级截点 (IP3 )而基极电流小于 7m A。该 MMIC维持电流小于 1 0μA下驱动 ,该性能被认为是1 .9GHz PHS研制开发的集成 PA- LNA T/ R的最好塑封结果。
美国 M/ A- COM公司[1 ]研制开发一种用于无线应用的 Ga As HBT工艺线 ,业已生产出具有 1 6个发射极叉指的 HBT,在 5V集电极电压下 ,在 90 0 MHz下输出 1瓦 ,功率附加效率(PAE)为 70 %。
日本 SHARP公司 [5]报道了用于 1 . 9GHz PHS,在 2 . 7V单电源下工作的低失真。高效率HBT MMIC功率放大器 ,放大器在 2 . 7V下 Pout=2 1 d Bm,PAE=37% ,在± 60 0 k Hz频偏下 ,邻信道功率衰减 ACP=- 55d Bc,Mitsubishi公司[6]研制一种低热阻 Al Ga As/ Ga As功率HBT,采用发射极空气桥结构 ,用三维热分析使器件尺寸最佳化以降低热阻 ,片厚为 1 0 0 μm的多指 (4μm× 40μm,40指 ) HBT的热阻低达 2 3℃ / W,在 3. 4V发射极 -集电极电压下 ,该器件的 Pout=2 9. 1 d Bm,Ga=1 3. 5d B,PAE=53% ,在 948MHzπ/ 4移相 QPSK调制下 ,Padj< - 48d Bc。
低成本、小尺寸、轻重量和高可靠的固态功率放大器 (SSPA)在 C、Ku、K波段卫星通信系统中正迅速替代行波管。高效功率晶体管是 SSPA的主体 ,在功率密度、工作电压、线性和效率方面 ,HBT呈现了超过其它固态器件的各种优点。美国 TI公司研制的 Al Ga As/ Ga As HBT[7],基区浓度高达 1× 1 0 2 0 cm-3 ,基区厚度 80 nm,大大降低了基区电阻 (1 30 Ω/ □ ) ,f=2 0 GHz,Vce=1 0 . 5V,Pout=1 . 1 8W,相应功率密度 3. 93W/ mm,PAE=57. 1 % ,Ga=6. 6d B。
单片微波集成电路(MMIC)介绍之四
(2 ) PHEMT MMIC
美国 Hewlett- Packard公司多年来改进它的 PHEMT工艺 ,用于制作要求低噪声和高增益射频前端中的低噪声放大器 (LNA) ,依照 Domingo Figueredo方法 ,HP公司的 PHEMT工艺给出好的价格 /性能比 ,用于蜂窝手机的 LNA采用 MGA串联设计 ,1 . 9GHz下噪声系数1 . 6d B。 TRW公司是另一家具有成熟工艺的 PHEMT制造商 ,在它的 Ga As电信产品标准加工线上专门制造各种毫米波应用的 LNA和功率放大器 ,用于 K波段 (1 8～ 2 6GHz) ,Ka波段(2 6～ 40 GHz)。
日本 Matsushita公司[8]最近开发了 3. 0 V单电源供电 PHS用的低工作电流的双异质结PHEMT MMIC,f=1 . 9GHz,Vds=3. 0 V,Ids=1 2 7m A,Pout=2 2 . 0 dBm,PAE=41 . 7% ,Padj=- 58.2 dBc,该 MMIC带有匹配电路的三个 FET被集成在很小的芯片上 (1 . 1 mm2 )
(3) In P HBT MMIC
对手提无线电话未来发展是降低工作电压 ,然而对 Ga As HBT为同时保持性能和单片偏置集成 ,电压低于 2 . 7V是困难的。对于未来的低电压应用 ,In P基 HBT可望替代 GaAs HBT,In P基 HBT由 In GaAs低带隙材料组成 ,其转置电压低至 0 . 5～ 0 . 6V,这甚至比 Si BJT还低。另外 ,In P基 HBT还呈现出更高的热传导 ,更好的散热能力 ,约是 GaAs衬底的 1 . 5倍 ,以及更高的峰值电子速度 ,允许在较低的电压状态下有更高的性能。对于工作电压 Vce仅 0 . 5V即可维持 f T>2 5GHz,这一性能对大多数无线应用是足够的。在低电压下 In PHBT也给出好的射频功率特性。美国 TRW公司[4]研制的 In P HBT,有 4个 1 . 5μm× 30 μm发射极叉指 ,在 2 . 7V下工作 ,1 . 9GHz下线性增益 1 8d B,输出功率 1 9d Bm,相关功率附加效率为 66% ;偏压为 1 . 5V时 ,950 MHz下 PAE为 50 %。
当今用于移动通信系统的 GaAs IC大部分采用 MESFET,缩短栅长可增加 MESFET的最高工作频率。与 MESFET相比 ,GaAs PHEMT通常用于更高的频率——毫米波段 ,该结构的高电子迁移率保证了更高的工作频率。Ga As HBT的发射极和基极由不同带隙的半导体构成 ,具有比一般双极晶体管更小的寄生 ,获得更高的频率特性。GaAs HBT具有 Si BJT和GaAs FET两者的长处 ,且 GaAs HBT技术是最好的生产制造工艺。对于低电压应用 ,In PHBT性能优于 GaAs HBT,成为 GaAs HBT的替代者。
(2 ) PHEMT MMIC
美国 Hewlett- Packard公司多年来改进它的 PHEMT工艺 ,用于制作要求低噪声和高增益射频前端中的低噪声放大器 (LNA) ,依照 Domingo Figueredo方法 ,HP公司的 PHEMT工艺给出好的价格 /性能比 ,用于蜂窝手机的 LNA采用 MGA串联设计 ,1 . 9GHz下噪声系数1 . 6d B。 TRW公司是另一家具有成熟工艺的 PHEMT制造商 ,在它的 Ga As电信产品标准加工线上专门制造各种毫米波应用的 LNA和功率放大器 ,用于 K波段 (1 8～ 2 6GHz) ,Ka波段(2 6～ 40 GHz)。
日本 Matsushita公司[8]最近开发了 3. 0 V单电源供电 PHS用的低工作电流的双异质结PHEMT MMIC,f=1 . 9GHz,Vds=3. 0 V,Ids=1 2 7m A,Pout=2 2 . 0 dBm,PAE=41 . 7% ,Padj=- 58.2 dBc,该 MMIC带有匹配电路的三个 FET被集成在很小的芯片上 (1 . 1 mm2 )
(3) In P HBT MMIC
对手提无线电话未来发展是降低工作电压 ,然而对 Ga As HBT为同时保持性能和单片偏置集成 ,电压低于 2 . 7V是困难的。对于未来的低电压应用 ,In P基 HBT可望替代 GaAs HBT,In P基 HBT由 In GaAs低带隙材料组成 ,其转置电压低至 0 . 5～ 0 . 6V,这甚至比 Si BJT还低。另外 ,In P基 HBT还呈现出更高的热传导 ,更好的散热能力 ,约是 GaAs衬底的 1 . 5倍 ,以及更高的峰值电子速度 ,允许在较低的电压状态下有更高的性能。对于工作电压 Vce仅 0 . 5V即可维持 f T>2 5GHz,这一性能对大多数无线应用是足够的。在低电压下 In PHBT也给出好的射频功率特性。美国 TRW公司[4]研制的 In P HBT,有 4个 1 . 5μm× 30 μm发射极叉指 ,在 2 . 7V下工作 ,1 . 9GHz下线性增益 1 8d B,输出功率 1 9d Bm,相关功率附加效率为 66% ;偏压为 1 . 5V时 ,950 MHz下 PAE为 50 %。
当今用于移动通信系统的 GaAs IC大部分采用 MESFET,缩短栅长可增加 MESFET的最高工作频率。与 MESFET相比 ,GaAs PHEMT通常用于更高的频率——毫米波段 ,该结构的高电子迁移率保证了更高的工作频率。Ga As HBT的发射极和基极由不同带隙的半导体构成 ,具有比一般双极晶体管更小的寄生 ,获得更高的频率特性。GaAs HBT具有 Si BJT和GaAs FET两者的长处 ,且 GaAs HBT技术是最好的生产制造工艺。对于低电压应用 ,In PHBT性能优于 GaAs HBT,成为 GaAs HBT的替代者。
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