[发明专利]一种高隔离度超宽带微波单片开关芯片及其设计方法

说明书

本发明涉及一种高隔离度超宽带微波单片开关芯片及其设计方法。微波单片开关芯片包括输入端PAD和两个传输臂。传输臂包括第一GaAs FET管组、微带线和输出端PAD。微带线上分别并联有第二GaAs FET管组、第三GaAs FET管组和第四GaAs FET管组。微带线，在其与第三GaAs FET管组的连接点上并联有第一组MIM电容，在其与第四GaAs FET管组的连接点上并联有第二组MIM电容，在其末端并联有第三组MIM电容。第二GaAs FET管组和第三GaAs FET管组之间的微带线、第三GaAs FET管组和第四GaAs FET管组之间的微带线以及第四GaAs FET管组与输出端PAD之间的微带线的长度均小于四分之一波长。本发明能够解决现有技术中存在的提高隔离度和改善输出驻波比必须依赖增加多级并联GaAs FET管和四分之一波长传输线的难题。

技术领域

本发明涉及砷化镓微波单片集成电路技术领域，具体涉及一种高隔离度超宽带微波单片开关芯片及其设计方法。

背景技术

随着现代通信技术和雷达技术的快速发展，电路系统的集成化度越来越高。在混合电路系统中，包含有很多射频/模拟电路，微波开关作为控制微波信号通路的器件，在系统的发射和接收端可起到对信号连接和切换的作用。目前，高性能、体积小、通用的微波开关在蜂窝GSM，UMTS，电缆调制解调器，直播广播系统，点对点和点对多点广播系统等商业RF通信系统中的应用需求持续增大。随着信息传输复杂特性的增加，对带宽的要求不断提高，则需要以较小的外形尺寸容纳这些功能，甚至要求低功耗。开关导引微波信号经系统和子系统的目标路径传输，系统应用中必要的信号合成的不同方案的实现成为可能。

无线通信市场巨大的潜力、微波系统高度集成化的趋势和半导体工艺技术的持续演进共同推动着微波集成电路产品不断地发展和创新。在过去20年里，通信技术的迅猛发展使微波器件经历了爆发式的增长，随着5G和物联网等技术的应用发展，通信标准逐渐向高频段的微波甚至毫米波频谱拓展，多模多频和“万物互联”将使微波前端芯片的需求量急剧增加，这为微波集成电路提供了更为巨大的发展机遇和市场需求，在可预见的未来，微波集成电路将更加深刻地影响着人们的生活。

最早的微波开关采用机电结构实现，随着固态无源和有源器件制造工艺技术的发展和成熟，高性能高速度的固态微波开关逐渐全面代替了机电式微波开关。第一个固态PIN二极管微波开关诞生于1965年，与传统机电微波开关相比，基于PIN二极管的微波开关显著地增强了开关的微波性能，降低了开关的体积，提高了开关的速度。采用混合微波集成电路技术较易实现PIN二极管微波开关，使其广泛应用于通信、雷达等电子系统中。PIN二极管能提供更快的开关速度，能处理较大功率的射频/微波信号。但PIN二极管偏置在开状态时要求很高的前向电流，在关状态时需要加载很大的反向直流偏置电压，微波开关的性能极度依赖于PIN二极管本身的微波特性，使其实际应用领域受到限制。

然而，对于这些传统的SPDT开关拓扑结构都普遍存在一个问题，即为了改善SPDT开关的隔离度，常需要通过增加多级并联GaAs FET管来实现，为了使输入输出驻波比接近于1，每一级并联GaAs FET管之间还要通过四分之一波长线来连接，这无疑这将会大大增加SPDT版图结构的尺寸大小。

因此，如何在保持SPDT开关高隔离度和好的输入输出驻波比的同时使尽可能的实现高集成度已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高隔离度超宽带微波单片开关芯片及其设计方法，该微波单片开关芯片及其设计方法能够解决现有技术中存在的提高隔离度和改善输出驻波比必须依赖增加多级并联GaAs FET管和四分之一波长传输线的难题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：