Моделирование и проектирование монолитных интегральных схем малошумящих усилителей диапазона крайне высоких частот

• Автор: Гнатюк, Дмитрий Леонидович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Анализ современного состояния в области создания монолитных интегральных схем малошумящих усилителей Ка-диапазона
1.1 Выводы
2 Разработка методики проектирования монолитных интегральных схем малошумящих усилителей КВЧ-диапазона
2.1 Анализ методов моделирования и проектирования СВЧ монолитных интегральных схем
2.2 Методика проектирования СВЧ монолитных интегральных схем на основе полного электродинамического расчета топологического проекта
2.2.1 Получение исходных данных для проектирования
2.2.2 Построение моделей транзисторов
2.2.3 Моделирование принципиальной схемы и расчет топологического проекта малошумящего усилителя
2.3 Выводы
3 Разработка и экспериментальные исследования образцов монолитных интегральных схем малошумящих усилителей Ка-диапазона
3.1 Методика экспресс-анализа малосигнальных в-параметров
3.2 Методика экспресс-анализа коэффициентов шума и усиления
3.3 Разработка, изготовление и исследование монолитных 77 интегральных схем малошумящих усилителей Ка-диапазона
3.4 Выводы
4 Сравнительный анализ полученных результатов
4.1 Сравнение разработанных монолитных интегральных схем малошумящих усилителей Ка-диапазона с зарубежными аналогами
4.2 Оценка адекватности методики проектирования на основе полного электродинамического расчета топологического проекта
4.3 Выводы

Заключение
Список использованных источников
Введение
Современное состояние развития радиоэлектроники характеризуется активным освоением диапазона крайне высоких частот (КВЧ). К настоящему времени в ведущих развитых странах мира уже освоен и широко используется частотный диапазон до 40 ГГц. Преобладающими областями применения КВЧ-диапазона являются системы спутниковой связи, сотового телевидения, цифровой радиосвязи [1], [2].
Частотная перегрузка наиболее активно используемого СВЧ-диапазона до 40 ГГц привела к необходимости поиска альтернативных, более высокочастотных диапазонов. За последнее десятилетие научно-технический прогресс привел к появлению коммерческих электронных компонентов миллиметрового диапазона с приемлемыми параметрами и стоимостью, что повлекло за собой активное освоение частот до 100 ГГц и выше. Основным назначением данных частотных диапазонов к настоящему времени являются системы связи со сверхвысокими скоростями передачи информации.
Помимо вышеуказанных областей применения частотный спектр занят системами телеметрии, радиометрами для исследования состава атмосферы, радиотелескопами для исследования глубокого космоса, а также целым рядом систем военного назначения [3-5].
Значительное влияние на развитие радиоэлектронных средств (РЭС) миллиметрового диапазона оказывает спектр естественного поглощения радиоволн в атмосфере Земли. Характеристики поглощения радиоволн в атмосфере в зависимости от частотного диапазона хорошо известны [6]. В СВЧ-диапазонах до 38 ГГц атмосферное затухание не превышает 0,3 дБ/км. Первый значительный пик затухания приходится на частоту 22,235 ГГц и связан с поглощением на парах воды. Далее следует сильное затухание в полосе частот около 60 ГГц, обусловленное поглощением радиоволн парами воды и молекулами кислорода. На частоте 60 ГГц ослабление достигает 15 дБ/км, что существенно ограничивает дальность передачи радиоволн. В окнах

Обычно для проектирования МИС используют специально разработанные библиотеки элементов, которые описывают различные активные и пассивные компоненты схемы: транзисторы, микрополоековые линии, тройники, катушки индуктивности, конденсаторы и др. Желательно, чтобы модели были параметризованными, то есть позволяли рассчитывать характеристики элементов при изменении их конструктивных и технологических параметров (например, геометрических размеров), а в случае активных приборов - также при изменении рабочих режимов. Модели библиотечных элементов строятся на основе результатов измерений соответствующих тестовых структур или электродинамических расчетов. С целью более полного учета электромагнитного взаимодействия могут быть построены модели не только отдельных элементов, но и ряда типовых узлов, таких как колебательные контуры, связанные линии, фильтры, согласующие цепи. Для предотвращения возникновения неучтенных в моделях электромагнитных взаимодействий при использовании библиотечных элементов руководствуются специально разработанными топологическими нормами проектирования.
Важность выбора и применения библиотеки элементов подчеркивается в литературе. Общие принципы разработки МИС, изложенные в [7], заключаются в прохождении следующих этапов:
- выбор технологии изготовления (материала подложки, типа транзисторов, пассивных компонентов);
- выбор предприятия-изготовителя (foundry) в соответствии с избранной технологией производства. Получение библиотеки элементов для моделирования;
- моделирование схемы, разработка топологического проекта изделия;
- изготовление и исследование характеристик полученных МИС.
Как видно, данные принципы направлены на сторонних разработчиков, не имеющих отношения к предприятию-изготовителю. Действительно, при таком подходе разработчик получает в свое распоряжение уже готовое средство