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本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/259397.htm3 CAD設(shè)計(jì)仿真與測(cè)試結(jié)果
按照?qǐng)D1和圖5的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用ADS仿真工具結(jié)合GaAs PHEMT工藝模型，對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
利用ADS對(duì)功率放大器單片集成電路的無(wú)源元件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，調(diào)整電容、帶線等匹配元件的尺寸，對(duì)電路的工作頻帶、增益、駐波、輸出功率和效率等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，利用ADS中 的諧波平衡仿真軟件進(jìn)行大信號(hào)仿真，并對(duì)版圖進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真。ADS仿真包括原理圖仿真和版圖仿真，在原理圖仿真中，取得電路各個(gè)元件的初值，并按照設(shè)計(jì) 目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，但是原理圖仿真只考慮了有源器件、金屬帶線等器件的獨(dú)立測(cè)試模型，并未考慮版圖中器件之間的相互耦合，得到的元件值與實(shí)際情況是有差距的。 為了精簡(jiǎn)單片集成電路面積，器件間距接近單倍線距，必須考慮線間耦合對(duì)放大器性能的影響，因此，使用2.5D版圖仿真工具M(jìn)OMENTUM，采用矩量法對(duì) 電路的線間耦合及層間耦合進(jìn)行了電磁場(chǎng)仿真。
圖6 功率放大器的仿真及測(cè)試結(jié)果
圖6中的虛線是經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后的放大器版圖電磁場(chǎng)仿真結(jié)果，實(shí)線為測(cè)試結(jié)果。由圖中可知增益控制范圍為35 dB，1 dB壓縮點(diǎn)輸出功率Po(1 dB)在頻帶內(nèi)都大于33 dBm，功率附加效率ηPAE大于30%。本文設(shè)計(jì)的帶增益控制功能的功率放大器單片集成電路采用GaAs工藝進(jìn)行流片驗(yàn)證，并進(jìn)行載體測(cè)試，單片集成電路的安裝采用裝架和鍵合工藝，安裝完成的載體如圖7所示。分析仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果，增益變化曲線在Vc為0，－0.2，－0.4和－0.6V吻合得較好，在Vc為 －0.8V和－1V時(shí)有一定的偏差，實(shí)測(cè)的增益比仿真要低2～4dB，原因可能是當(dāng)FET的柵壓偏置在－0.8V和－1V時(shí)，比較接近夾斷區(qū)，模型跨導(dǎo)的 擬合準(zhǔn)確性較差，實(shí)際該偏置下的跨導(dǎo)比模型的擬合值要低。1dB壓縮點(diǎn)輸出功率和功率附加效率的實(shí)測(cè)曲線和仿真曲線吻合得較好，該兩項(xiàng)指標(biāo)都是在Vc=－0.6V時(shí)進(jìn)行測(cè)試的，此時(shí)放大器工作在飽和區(qū)，模型擬合值在該區(qū)域比較接近實(shí)際值，所以該兩項(xiàng)指標(biāo)與仿真結(jié)果吻合得較好。
圖7 載體安裝完成圖
4 結(jié)論
在帶增益控制功能的單片集成電路功率放大器設(shè)計(jì)中，本文分析了增益控制電路原理、增益控制對(duì)功率放大器指標(biāo)的影響;使用電磁場(chǎng)仿真工具，在保證電路性能基礎(chǔ) 上精簡(jiǎn)版圖面積，極大地降低了單片集成電路成本;通過(guò)流片和測(cè)試，驗(yàn)證了單片集成電路設(shè)計(jì)方法和思路的正確性和可行性;在不增加功率放大器單片集成電路面 積和降低性能的情況下加入了增益控制功能，降低了成本，在衛(wèi)星通信和數(shù)字微波通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
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3 CAD設(shè)計(jì)仿真與測(cè)試結(jié)果
按照?qǐng)D1和圖5的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用ADS仿真工具結(jié)合GaAs PHEMT工藝模型，對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
利用ADS對(duì)功率放大器單片集成電路的無(wú)源元件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，調(diào)整電容、帶線等匹配元件的尺寸，對(duì)電路的工作頻帶、增益、駐波、輸出功率和效率等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，利用ADS中 的諧波平衡仿真軟件進(jìn)行大信號(hào)仿真，并對(duì)版圖進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真。ADS仿真包括原理圖仿真和版圖仿真，在原理圖仿真中，取得電路各個(gè)元件的初值，并按照設(shè)計(jì) 目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，但是原理圖仿真只考慮了有源器件、金屬帶線等器件的獨(dú)立測(cè)試模型，并未考慮版圖中器件之間的相互耦合，得到的元件值與實(shí)際情況是有差距的。 為了精簡(jiǎn)單片集成電路面積，器件間距接近單倍線距，必須考慮線間耦合對(duì)放大器性能的影響，因此，使用2.5D版圖仿真工具M(jìn)OMENTUM，采用矩量法對(duì) 電路的線間耦合及層間耦合進(jìn)行了電磁場(chǎng)仿真。
圖6 功率放大器的仿真及測(cè)試結(jié)果
圖6中的虛線是經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后的放大器版圖電磁場(chǎng)仿真結(jié)果，實(shí)線為測(cè)試結(jié)果。由圖中可知增益控制范圍為35 dB，1 dB壓縮點(diǎn)輸出功率Po(1 dB)在頻帶內(nèi)都大于33 dBm，功率附加效率ηPAE大于30%。本文設(shè)計(jì)的帶增益控制功能的功率放大器單片集成電路采用GaAs工藝進(jìn)行流片驗(yàn)證，并進(jìn)行載體測(cè)試，單片集成電路的安裝采用裝架和鍵合工藝，安裝完成的載體如圖7所示。分析仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果，增益變化曲線在Vc為0，－0.2，－0.4和－0.6V吻合得較好，在Vc為 －0.8V和－1V時(shí)有一定的偏差，實(shí)測(cè)的增益比仿真要低2～4dB，原因可能是當(dāng)FET的柵壓偏置在－0.8V和－1V時(shí)，比較接近夾斷區(qū)，模型跨導(dǎo)的 擬合準(zhǔn)確性較差，實(shí)際該偏置下的跨導(dǎo)比模型的擬合值要低。1dB壓縮點(diǎn)輸出功率和功率附加效率的實(shí)測(cè)曲線和仿真曲線吻合得較好，該兩項(xiàng)指標(biāo)都是在Vc=－0.6V時(shí)進(jìn)行測(cè)試的，此時(shí)放大器工作在飽和區(qū)，模型擬合值在該區(qū)域比較接近實(shí)際值，所以該兩項(xiàng)指標(biāo)與仿真結(jié)果吻合得較好。
圖7 載體安裝完成圖
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在帶增益控制功能的單片集成電路功率放大器設(shè)計(jì)中，本文分析了增益控制電路原理、增益控制對(duì)功率放大器指標(biāo)的影響;使用電磁場(chǎng)仿真工具，在保證電路性能基礎(chǔ) 上精簡(jiǎn)版圖面積，極大地降低了單片集成電路成本;通過(guò)流片和測(cè)試，驗(yàn)證了單片集成電路設(shè)計(jì)方法和思路的正確性和可行性;在不增加功率放大器單片集成電路面 積和降低性能的情況下加入了增益控制功能，降低了成本，在衛(wèi)星通信和數(shù)字微波通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
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