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微波開關芯片的研究與設計

1.1 研究動機

無線通信市場巨大的潛力、 微波系統高度集成化的趨勢和半導體工藝技術的持續演進共同推動著微波集成電路產品不斷地發展和創新。 在過去 20 年里， 通信技術的迅猛發展使微波器件經歷了爆發式的增長， 隨著 5G 和物聯網等技術的應用發展， 通信標準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” 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展機遇和市場需求， 在可預見的未來， 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， 它們的優缺點比較如表 1-1 所示。 目前， SiGe BiCMOS、 體硅 CMOS和 SOI CMOS 的發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勢， 但在擊穿電壓方面還有挑戰。

1.2 集成的優勢
隨著 MOS 器件工藝節點的不斷進步， CMOS 器件的微波性能得到了極大地改善， CMOS 技術正成為實現高集成度首選的技術， 因為包含微波前端和基帶模塊的收發機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勢：
（1） 板級無源器件和芯片的數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） 顯著的功率節約， 因為信號不需要經過從片外到片內的長距離， 同時，芯片封裝和 PCB 走線的板級寄生明顯減小。
（3） 系統尺寸的減小是電子設備小型化的關鍵， 這能夠減小電子設備的尺寸和增加更多的功能模塊。 隨著應用頻譜不斷向更高的頻率拓展， 芯片尺寸將進一步減小和易于集成。
（4） 單片解決方案比起板級解決方案更加可靠， 性能的一致性也更好， 因為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險。

（5） 對于微波模塊， 集成的解決方案不需要模塊間實現 50Ω 的阻抗匹配,這使得模塊級間匹配更為靈活， 性能往往也更加優越。集成的優勢使微波電路在設計、 功率、 優化、 靈活性、 性能和成本等方面的巨大改善， 推動著微波集成電路不斷向前發展。

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