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射頻易商城_開關芯片_微波開關芯片的研究和設計⑤

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微波開關芯片的研究與設計

1.5 微波開關相關進展

微波開關電路最初由 PIN 二極管構建，雖然 PIN 二極管可以表現出低插損、高功率處理能力和高工作頻率 [11-13] ，但是由于偏置電流的存在，其直流功耗是一個嚴重的限制。同時，它必須要通過扼流電感供電，由于襯底耦合效應和電感形狀限制，因此很難在襯底上實現高品質的平面扼流電感，從而很少有將 PIN 二極管開關和扼流電感集成在一起的單片微波集成電路（MMIC）。另外， PIN 二極管開關需要 λ/4 傳輸線枝節，這使得設計更為復雜而且也難以小型化。GaAs MESFET 和 HEMT 適宜于高頻、高速和高功率應用。 GaAs 的寬帶隙使其具有高擊穿電壓，從而使 GaAs 器件能夠承受高電壓而不用擔心可靠性的問題。此外， GaAs 具有高的低場遷移率，這拓展了 GaAs 器件的可用帶寬。 GaAs MESFET和 HEMT 也使用了半絕緣性襯底，從而進一步降低了器件的損耗。在實際應用中，GaAs 開關所實現的性能被證明是非常卓越的 [14-19] 。 GaAs 開關通過改變柵控制電壓來改變工作狀態，因此不會消耗直流功率，這使其對于低功率手持式無線通信設備十分有吸引力，但是一個遺憾是它們不能和硅基收發系統和 CMOS 數字控制電路實現集成。近年來， CMOS 開關得到了廣泛的關注和研究。隨著 CMOS 工藝不斷進步，其越來越適合微波應用， CMOS 技術具有能夠實現數字、模擬和微波模塊全集成和低成本的優點。但是，因為 CMOS 晶體管的擊穿電壓較低以及襯底的導電特性，以其實現低插損、高隔離度和高功率處理能力的開關電路仍然是一大挑戰，各個研究團隊相繼提出不同的電路設計方法來彌補 CMOS 工藝的缺點。Huang 和 O 通過減小襯底電阻減小襯底損耗，在 900MHz 獲得了小于 1dB 的插損和 42dB 的隔離度， P 1dB 為 17dBm [20] 。他們在此基礎上又通過阻抗變換實現高功率處理能力，在 900MHz 將功率處理能力提高到 24.3dBm [21]。 Ohnakado 等人通過增加額外的工藝步驟以阻止阱注入而增大襯底電阻減小以襯底損耗。