SiGe BiCMOS超宽带6位数控移相器的研究与设计实现

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1、謂我衫圓硕士学位论文參Ｉ１ＳｉＧｅＢｉＣＭＯＳ超宽带６位数控移相器的研究＿与设计实现作者姓名曾其发＾；；指导教师姓名、职称庄奕琪教授申请学位类别工学硕士学校代码10701学号1511122683分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文SiGeBiCMOS超宽带6位数控移相器的研究与设计实现作者姓名：曾其发一级学科：电子科学与技术二级学科：集成电路系统设计学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：庄奕琪教授学院：微电子学院提交日期：2018年5月ResearchandDesginofUltraWideb

2、and6bitDigitalControlledPhasedShifteronSiGeBiCMOSAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitSystemDesignByZengQifaSupervisor:ZhuangYiqiProfessorMay2018摘要摘要相控阵通常用来获得可控的，具有指向性的辐射方向图，能够提升对目标的锁定能力以及保证信号在光线较暗或是

3、视线受阻信道中的稳定性，使得相控阵成为了当下最炙手可热的研究方向之一。移相器通过改变相应辐射单元的相位进而使相控阵获得波束扫描的能力，是相控阵系统中极为关键的模块。便宜的硅基工艺能够把射频电路的SiGeBiCMOS与数字电路SiCMOS集成在同一芯片上，能够大大降低相控阵中辐射单元芯片的成本，为相控阵在民用商业方面的广泛应用创造了经济方面的条件。因此对SiGeBiCMOS工艺实现的具有小面积、低成本和高性能射频移相器的研究就具有非常重要的意义。基于以上本论文采用SiGeBiCMOS工艺设计实现了在X波段具有六位移相精度的有源数控移相器。本

4、论文所设计的六位有源数控移相器是矢量调制移相器的一种，电路的主要模块包括两级输入有源巴伦、Type-II型RC正交信号发生器、矢量合成电路、输出巴伦、数模转换电流阵列、逻辑控制电路以及偏置电路。两级输入有源巴伦可以提供50Ω的输入匹配，能够把输入单端射频信号转换成双端差分信号输出，差分信号的相位误差在8-12GHz工作频段低于0.04，幅度误差小于12mdB；Type-II型正交信号发生器将两级有源巴伦产生的差分信号转换成同相和正交的两路差分信号，在带后级负载的情况下，在8-12GHz的工作频段内正交相位偏离不超过1°，幅度误差低于50m

5、dB；Type-II型正交信号发生器输出信号利用矢量合成电路进行合成，通过逻辑电路控制改变数模转换电流阵列中单元电流的大小可以实现0-45范围内以步进值为5.625的9个状态的移相，通过逻辑电路控制改变矢量合成电路中开关的状态即可实现相位在各个象限的拓展，进而实现64种移相状态，达到六位精度的移相的目的；输出巴伦采用了两级结构，该电路相较于传统的输出巴伦结构，可以在相同功耗的情况下为整个移相器电路提升一定增益作用。偏置电路就是以带隙基准技术为核心原理实现的，为移相器的各个模块提供稳定的偏置。基于以上所述，本论文所设计的六位有源数控移相器采

6、用了TowerJazz0.18μmSiGeBiCMOS工艺，利用CadenceIC软件完成了整体电路的搭建、仿真优化、版图设计以及后仿验证。最终的后仿结果显示，在8-12GHz工作频率内，移相器64个移相状态的RMS相位误差＜1.25，RMS增益误差＜0.74dB，并且各个移相状态下的增益都具有非常平坦的特性，输入反射系数S11＜-13dB，输出反射系数S22＜-17.9dB，移相器最关键的几项性能指标都达到了非常良好的性能，满足设计指标要求。关键词：相控阵，SiGeBiCMOS，有源移相器，矢量调制IABSTRACTABSTRACTPh

7、asedarraysarecommonlyemployedtoobtainsteerable,directionalantennapatterns,therebyimprovingthelinkbudgetandensuringrobustnessinchannelswithweakorblockedline-of-sightpath,whichmakesthephasedarraysoneofthehottestresearchdirections.Thephaseshifterisanextremelycriticalmodulein

8、thephasedarraysystem,whichenablesphasedarraysforbeamscanningbychangingthephaseofthecorresponding