wifi用砷化鎵接收前端集成電路

1、<p>　　WIFI用砷化鎵接收前端集成電路</p><p>　　[摘 要]介紹一種適用于802.11 b/g/n標準無線局域網(wǎng)信號傳輸?shù)纳榛壭⌒突邮涨岸思呻娐樊a(chǎn)品。芯片主要由單刀三擲開關、低噪聲放大器以及驅動電路組成，可提供接收放大、接收旁路、藍牙和發(fā)射四種工作模式，具有噪聲低、增益高、隔離度高以及功耗低等優(yōu)點，可提供增益13dB@2.4GHz，噪聲系數(shù)小于2dB@2.4GHz，工作電流小于15

2、mA，1dB壓縮點大于28dBm，可應用于絕大多數(shù)2.4GHz的短程無線保真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)中。 </p><p>　　中圖分類號：TN432 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）44-0267-02 </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　隨著砷化鎵集成電路工藝的技術革新，尤其是新型的E/D PHEM

3、T工藝平臺的出現(xiàn)和成熟，使得多種器件可以在同一個標準工藝平臺上被加工出來，0.5um線條的E/D PHEMT砷化鎵材料技術及工藝可將增強型和耗盡型器件集成在同一個晶圓上，可將多種不同功能的電路集成到在一顆芯片上，這也是目前射頻前端簡化設計的主流趨勢。 </p><p><b>　　二、電路設計 </b></p><p>　　該芯片應用于滿足802.11 b/g/n標準

4、的無線局域網(wǎng)，用于無線射頻信號的收發(fā)[1]，該芯片內部電路主要包含SP3T開關、2.4～2.5GHz低噪聲放大器、SPST旁路開關和用于驅動低噪放和開關的邏輯轉換電路。 </p><p>　　2.1 射頻開關設計 </p><p>　　在本電路中，射頻開關部分的主要作用是切換射頻支路并隔離各個通道干擾，本芯片中的開關電路主要有兩部分，一部分是切換RX、TX、BT到天線ANT支路的SP3T開

5、關，另外一部分是用于旁路LNA的SPST開關。由于本電路的核心指標為接收通道的噪聲系數(shù)和發(fā)射通道的功率容量，因此插損和功率處理能力指標是開關電路中FET管尺寸優(yōu)化選擇的主要依據(jù)。 </p><p>　　在確定選擇雙柵結構的器件基礎上，再根據(jù)插損指標和飽和電流優(yōu)化器件尺寸，0.5um柵長的D-FET飽和電流約為230mA/mm，按照電流有效值和特性阻抗乘積約等于有效功率的計算方法，1mm以上的器件可以滿足28dBm

6、左右的功率處理能力要求，然后根據(jù)foundry提供的砷化鎵雙柵結構場效應管兩端口等效開關模型來仿真插損指標。 </p><p>　　2.2 低噪聲放大器設計 </p><p>　　用于接收支路最前級的低噪聲放大器是影響接收信號靈敏度的最關鍵元器件，本設計中，接收支路的低噪聲放大器的設計決定了整個電路的噪聲系數(shù)和增益，為了使用方便，低噪放的前后級匹配電路全部在片上實現(xiàn)，且本工藝平臺中E-mo

7、de PHEMT器件具有正向開啟電壓的特點，有利于單電源工作，因此選用E-mode器件作為低噪放的核心有源器件。 </p><p>　　由于設計要求所有匹配電路都集成在片上，因此整個芯片的布局較為緊湊。如果選用片上平面螺旋電感，在該頻段，電感所占面積較大，損耗較大，影響噪聲系數(shù)性能，因此，最終選用體電阻作為柵極偏置電路元件，并根據(jù)晶體管尺寸大小和電路進一步優(yōu)化選擇合適的阻值，以同時達到扼流和選擇工作點的作用，經(jīng)過

8、ADS仿真，電阻值選擇4.5K歐姆左右，柵極工作點在+0.4V，工作電流約為15mA。 </p><p>　　此外，在低噪聲有源偏置電路設計中考慮了一個溫度補償作用，如下圖1所示，Q1和Q2組合成標準的電流鏡電路，R1電阻分壓起負反饋作用，為低噪聲放大器提供穩(wěn)定的Vgs。由于有源偏置電路的晶體管和低噪聲放大器的晶體管有相同的加工工藝與過程，因此具有相類似的溫度特性，這就使得溫度變化時電流鏡電路 Vbias和 Vg

9、s 能夠互相制約[2]。 </p><p>　　2.3 邏輯電路設計 </p><p>　　驅動電路部分采用的是經(jīng)典的DCFL式邏輯電路，這種電路其中具有構成器件少、級間可直接耦合、單一電源工作以及功耗低等優(yōu)點[3]，可降低砷化鎵邏輯電路規(guī)模。 </p><p>　　倒相器的上升時間和下降時間由負載管和驅動管的電流能力來決定，也即是由兩個管子的寬長比來決定，這樣，通

10、過計算不同寬長比時的上升下降時間，就可以得到滿足設計要求所需的器件尺寸。本電路中實際設計的邏輯電路包含倒相電路和一個三輸入與門的功能，如下圖2所示。 </p><p>　　在驅動電路設計中，選擇適當?shù)碾娮韬偷瓜嚯娐酚性雌骷叽绲谋壤P系，可以優(yōu)化控制電平的高低門限。本設計中，在保證承受發(fā)射功率所需工作電壓的前提下，電路可滿足0/2.8V-3.3V驅動信號標準。 </p><p>　　三、封

11、裝及測試結果 </p><p>　　針對該芯片的主要用途在于WIFI無線傳輸系統(tǒng)中的收發(fā)終端設備中，設計人員開發(fā)了適用于該芯片管腳功能的QFN1.5mmX1.5mm-12L的小尺寸塑封形式，根據(jù)管腳定義，合理的分配了Leadframe支架結構，在使得芯片內部良好接地的同時，又保證了芯片封裝尺寸的余量，同時開發(fā)了彈簧接觸式測試夾具，可做到進行無損傷外觀測試。 </p><p>　　小信號主要

12、性能如下表1所示： </p><p><b>　　四、結論 </b></p><p>　　采用0.5um線條的砷化鎵PHEMT E/D-mode工藝設計的2.4GHz WIFI用接收前端集成電路，具有增益高、噪聲低、發(fā)射損耗小、功耗低等優(yōu)點。在2.2-2.6GHz工作頻率范圍內，增益大于12.5dB，噪聲系數(shù)小于2dB，輸入輸出電壓駐波比小于2：1，發(fā)射通道和藍牙通道

13、插損小于0.7dB，發(fā)射通道和藍牙通道功率容量大于+28dBm，并集成驅動器和匹配電路，使用方便，適用于滿足802.11 b/g/n協(xié)議下的2.4GHz WIFI無線傳輸系統(tǒng)。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] RTC6627，Highly integrated，Receive Path Front End Module，