Проектирование СВЧ монолитных интегральных устройств на основе преобразования моделей элементов

• Автор: Шеерман, Федор Иванович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 257 с. : ил.

1 МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЦЕПЕЙ

1.1 Виды и способы получения моделей элементов МИС

1.2 Методы синтеза цепей на элементах с потерями

1.3 Декомпозиционный метод структурного синтеза активных СВЧ устройств

1.4 «Визуальное» проектирование КЦ и СЦ по ОДЗ

1.4.1 Основные принципы "визуального" проектирования

1.4.2 Метод областей. Построение ОДЗ иммитанса при проектировании двухполюсных корректирующих
цепей

1.4.3 Построение ОДЗ иммитанса при проектировании реактивных согласующих цепей

1.4.4 Интерактивная «визуальная» процедура синтеза корректирующих и согласующих цепей по ОДЗ

1.5 Основные задачи исследования

2 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ МОНОЛИТНЫХ УСТРОЙСТВ НА
ОСНОВЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ
2.1 Построение и верификация моделей пассивных сосредоточенных и распределенных элементов
СВЧ МИС
2.2 Модели элементов МИС для технологии НИИПП
2.3 Модели элементов МИС для технологии ИСВЧПЭ РАН
2.4 Методика преобразования моделей
2.5 Преобразование моделей сосредоточенных пассивных элементов. Табличный метод
2.5.1 Преобразование модели квадратной спиральной индуктивности
2.5.2 Преобразование модели МДМ-конденсатора
2.5.3 Преобразование модели СаАя-резистора для технологии ЕО02АН
2.6 Преобразование моделей сосредоточенных пассивных элементов. Адаптивная процедура
2.6.1 Преобразование модели монолитного МДМ-конденсатора для технологии НИИПП
2.7 Методика синтеза распределенных и сосредоточенно-распределенных цепей на основе
преобразования моделей элементов
2.8 Основные результаты исследования
3 СИНТЕЗ СВЧ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ДЕКОМПОЗИЦИОННОГО
ПОДХОДА И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1 «Визуальное» проектирование двухполюсных корректирующих цепей на монолитных элементах
3.2 Пример: проектирование эквивалента индуктивности для СВЧ активного монолитного фильтра
3.3 «Визуальное» проектирование согласующих цепей на монолитных элементах на основе методики
преобразования моделей
3.4 Пример: проектирование монолитной СЦ для согласования комплексной нагрузки с активным
сопротивлением генератора
3.5 Пример: «Визуальное» проектирование распределенных и сосредоточенно-распределенных цепей на основе методики преобразования моделей

3.6 Исследование процедур проектирования многокаскадных монолитных СВЧ транзисторных
усилителей на основе ДМС
3.6.1 Процедура проектирования многокаскадных СВЧ транзисторных усилителей
3.6.2 Проектирование СВЧ транзисторных усилителей мощности на основе декомпозиционного подхода
3.6.3 Методика проектирования монолитных транзисторных СВЧ усилителей с реактивными
согласующими цепями
3.7 Пример: проектирование двухкаскадного МШУ с реактивными согласующими цепями
3.8 Пример: проектирование усилителя мощности диапазона 8-12 ГГц
3.9 Основные результаты исследования
4 АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОНОЛИТНЫХ СВЧ УСТРОЙСТВ
4.1 Программное обеспечение для адаптивного построения моделей н функций преобразования в
виде многомерных полиномов
4.2 Использование программы Model Builder для построения полинома преобразования модели
монолитного элемента в среде MWO
4.3 Реализация методики преобразования моделей в программах автоматизированного
проектирования СВЧ устройств
4.4 Реализация методики преобразования моделей для оптимизации СВЧ монолитных устройств в
пакете MWO
4.5 Реализация методики преобразования моделей в программе синтеза монолитных КЦ и СЦ
LOCUS/M (среда MATLAB)
4.6 Интегрированная среда «визуального» проектирования монолитных КЦ и СЦ LOCUS-MMIC-

4.7 Разработка монолитных СВЧ устройств
4.7.1 Проектирование монолитного ФНЧ в среде MWO с использованием методики преобразования
моделей
4.7.2 Монолитный фазовый манипулятор диапазона 1-10 ГГц
4.7.3 Проектирование монолитного активного фильтра на основе конвертора иммитанса
4.7.4 Монолитный малошумящий усилитель диапазона 8-12 ГГц на основе 0,15 мкм рНЕМТ технологии
4.7.5 Монолитный СВЧ усилитель мощности диапазона 8-12 ГГц
4.8 Основные результаты исследования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЧ МИС НА GAAS
ПОДЛОЖКЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПОСТРОЕНИЕ И ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПАССИВНЫХ
СОСРЕДОТОЧЕННЫХ И РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СВЧ МИС
Б.1 Моделирование идеализированной линии передачи с потерями
Б.2 Построение и верификация модели отрезка микрополосковой линии передачи в МИС
Б.З Построение и верификация моделей неоднородностей МПЛ в МИС
Б.4 Построение и верификация моделей заземляющих элементов в СВЧ МИС
Б.5 Модели катушек индуктивностей в СВЧ МИС
Б.6 Построение и верификация модели квадратной спиральной катушки индуктивности для
технологии ED02AH
Б.7 Модели конденсаторов в СВЧ МИС
Б.8 Построение и верификация модели МДМ-конденсатора на основе диэлектрика SiN для
технологии ED02AH
Б.9 Модели резисторов в СВЧ МИС
Б.10 Построение и верификация модели GaAs-резистора дтя технологии ED02AH
Б.11 Модели элементов МИС для технологии НИИПП
Б.11.1 Модели пассивных элементов МИС
Б.11.2 Модель полевого СВЧ транзистора с барьером Шогтки для технологии НИИПП
Б.12 Модели элементов МИС для технологии ИСВЧПЭ РАН
Б.12.1 Модели пассивных элементов МИС
Б.12.2 Модель малошумяшего р-НЕМТ транзистора, изготовленного на основе гетероструктур
ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОДНОКАСКАДНОГО СВЧ
ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ С РЕАКТИВНЫМИ СЦ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ПРОГРАММ И ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ
Г.1 Программа Model Builder для адаптивного построения моделей и функций преобразовании в
виде многомерных полиномов
Г.2 Программный модуль TRANSLOCUS для взаимодействия программ LOCUS-MM1C и Microwave
Office
Г.З Модуль TRANSFORMER для расчета геометрических параметров МИ-элементов по
электрическим параметрам
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. БИБЛИОТЕКА МОНОЛИТНЫХ КОРРЕКТИРУЮЩИХ И
СОГЛАСУЮЩИХ ЦЕПЕЙ ДЛЯ ПРОГРАММЫ LOCUS-MMIC
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

L 1 max
L 1 min
На рис. 2.4 показана характерная частотная зависимость индуктивности 1^[ спиральной катушки на частотах ниже собственного резонанса. Для диапазона (ое[«>£,%] индуктивность эквивалентной идеальной катушки Ь'и можно найти как среднее арифметическое между минимальным и мак- Рисунок 2.4 - Определение индуктивности симальным значениями индуктивности 1\ (со) спиральной катушки в этом диапазоне (рис. 2.4):
4.4(С„+CJ-
(2.6)
Максимальную погрешность в диапазоне сое [©£,(%] при замене идеальной индуктивности МИ-индуктивностью удобно оценить с помощью относительного уклонения:
5L = ^-100% = -Zl,max

^llmm

где -Ci.)=С., -4=4-A‘L •
•100%,
(2.7)
Рассмотрим далее преобразование модели квадратной спиральной индуктивности для технологии ED02AH. Для установления диапазона частот, в котором возможна приближенная замена идеальной индуктивности индуктивностью спиральной катушки, исследуем частотную зависимость входного сопротивления катушки для разных значений длины спирали / при нескольких величинах W и G. Для вычисления входного сопротивления использовалась модель «Libra» монолитной спиральной индуктивности в виде эквивалентной схемы (рис. Б.19), содержащаяся в библиотеке ED02AH. (эта модель была проверена электромагнитным моделированием, а также путем сравнения с моделью аналогичной индуктивности в пакете Microwave Office -см. раздел Б.6).
На рис. 2.5,а показаны графики индуктивности спиральной катушки, а на рис. 2.5,6 - вещественной составляющей входного сопротивления для нескольких величин /. Видно, что ширина частотного диапазона, в котором примерно постоянна, сильно зависит от длины спирали / или, что тоже самое, от значения индуктивности катушки.