А.Л. Хвалин1, В.М. Дорошенко2

1 Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского (г. Саратов, Россия)
2 Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А (г. Саратов, Россия)
1 Khvalin63@mail.ru, 2 Dorvalentina9@gmail.com

Постановка проблемы. Большинство отечественных и зарубежных транзисторов, как правило, не имеют компьютерных моделей, совместимых с современными системами автоматизированного проектирования. В значительной степени это вызвано сложностью решения соответствующих задач оптимизации по определению набора параметров эквивалентной модели транзистора. Актуальность проведенной работы объясняется отсутствием современной элементной базы в библиотеках известных компьютерных САПР, что существенно ограничивает возможности проектирования конкретных устройств. В статье представлены основные этапы моделирования малошумящего HEMT-транзистора FPD6836P70 в компьютерной САПР. Базовая модель транзистора имеет более 60 параметров, целями оптимизации являются пять экспериментально измеренных статических и восемь частотных (амплитуды и фазы S-параметров в сверхшироком рабочем диапазоне до 26 ГГц) характеристик транзистора FPD6836P70.

Поскольку существующие компьютерные методы поиска оптимальных решений не имеют универсального алгоритма, пригодного для решения любой задачи оптимизации, решение конкретных задач оптимизации требует разработки индивидуального подхода. Техническая новизна представленного в статье решения задачи заключается в разделении общей задачи на две подзадачи: оптимизация статических и частотных характеристик.

Цель. Рассмотреть методику моделирования статических характеристик на основе распространенной базовой модели EEHEMT транзистора.

Результаты. С использованием моделирования получены расчетные характеристики, максимально приближенные к измеренным статическим характеристикам транзистора. Определен набор из 19 параметров эквивалентной схемы транзистора, влияющих на статические характеристики. Найдены оптимальные численные значения параметров эквивалентной схемы EEHEMT, представлены результаты расчетов семейства статических характеристик транзистора.

Практическая значимость. Результаты моделирования статических характеристик могут использоваться в качестве первого приближения для последующего решения задачи оптимизации частотных характеристик (S-параметров) транзистора по модели EEHEMT. Проведенный анализ полученных результатов показывает, что расчетные статические характеристики отличаются от измеренных не более, чем на 5%.

Хвалин А.Л., Дорошенко В.М. Моделирование статических характеристик HEMT-транзистора // Успехи современной радиоэлектроники. 2024. T. 78. № 11. С. 60–66. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j20700784-202411-07

1. Хвалин А. Л. Анализ и синтез интегральных магнитоуправляемых радиотехнических устройств на ферритовых резонаторах: Автореф. дис. … докт. техн. наук. Самара, 2014. 32 с.
2. Хвалин А.Л. Анализ и синтез интегральных магнитоуправляемых радиотехнических устройств на ферритовых резонаторах: Дис. … докт. техн. наук. Самара. 2014. 312 с.
3. Апин М. П., Кудряшов Г. В., Хвалин А. Л. Оптимизация характеристик усилителя мощности на отечественных биполярных транзисторах в диапазоне от 1 до 2 ГГц // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 8. С. 84–88.
4. Хвалин А.Л., Страхова Л.Л., Воробьев А.В. Оптимизация параметров модели биполярного транзистора по его экспериментальным характеристикам // Радиотехника. 2015. Т. 79. № 7. С. 35–40.
5. Мещанов В.П., Хвалин А.Л. Методика уточнения характеристик модели матерка полевого транзистора // Радиотехника. 2010. Т. 74. № 5. С. 111–115.
6. Хвалин А. Л., Калинин А. В. Моделирование усилителей мощности в среде Microwave Office // Изв. Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21. Вып. 3. С. 275–284. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2021-21-3-275-284.
7. Калинин А. В., Хвалин А. Л. Применение метода конечных элементов в современных системах автоматизированного проектирования // Гетеромагнитная микроэлектроника: Сборник научных трудов / Под ред. проф. А. В. Ляшенко. Саратов: ОАО «Институт критических технологий». 2019. Вып. 26. С. 41–51.
8. Хвалин А. Л., Ляшенко А. В. Многоканальный микрополосковый делитель / сумматор мощности // Гетеромагнитная микроэлектроника: Сб. науч. трудов / Под ред. проф. А. В. Ляшенко. Саратов: ОАО «Институт критических технологий». 2019. Вып. 27. С. 43–50.
9. Титков А. А., Хвалин А. Л. Измерение статических и частотных характеристик биполярного транзистора // Измерительная техника. 2019. № 8. С. 58–62.
10. Хвалин А. Л., Титков А. А., Ляшенко А. В. Экспериментальные исследования основных характеристик транзистора 2Т937 // Гетеромагнитная микроэлектроника: Сб. науч. трудов / Под ред. проф. А. В. Ляшенко. Саратов: ОАО «Институт критических технологий». 2019. Вып. 26. С. 4–10.
11. Хвалин А. Л., Ляшенко А. В. Многоканальный микрополосковый делитель/сумматор мощности // Гетеромагнитная микроэлектроника: Сб. науч. трудов / Под ред. проф. А.В. Ляшенко. Саратов: ОАО «Институт критических технологий». 2019. Вып. 27. С. 43–50.
12. Shams N., Nabki K. Blocker-Tolerable Inductor-Less Harmonic Selection Wideband Receiver Front-End for 5G Applications. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems. March 2023. V. 31. № 3. P. 369–381. https://doi.org/10.1109/TVLSI. 20223223123.
13. Purusholhaman V. K., Klumperink E. A., Plompen R., Naula B. Low-Power High-Linearity Mixer-First Receiver Using Implicit Capacitive Slacking With 3x Voltage Gain. IKKK Journal of Solid-Slate Circuits. Jan. 2022. V. 57. № 1. P. 245–259. https://doi.org/10.1109/JSSC. 2021.3091941
14. Ying R., Molnar A. A 20-40 GHz High Dynamic Range HBT N-Path Receiver with 8.9 dBm OOB BldB and 8.55 dB NF Consuming 130 mW. IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC). Atlanta, GA, USA. 2021. P. 215–218. https://doi.org/10.1109/RFIC51843.2021.9490419.
15. Kokolov A.A., Babak L.I. Methodology of Built and Verification of Non-Linear EEHEMT Model for GaN HEMT Transistor. Radioelectronics and communications systems. 2015. V. 58. № 10. P. 435–443.
16. Huang S., Molnar A. A 3.7–6.5GHz 8-Phase N-Path Miser-First Receiver with LO Overlap Suppression Achieving <5dB NF and >5dBm OOB BldB. IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC). Atlanta, GA. USA. 2021. P. 87–90. https://doi.org/10.1109/RFIC51843.2021.9490451.
17. Pamarti S., Bu, S. A Dual-Channel High-Linearity Eillering-by-Aliasing Receiver Front-End Supporting Carrier Aggregation. IEEE Journal of Solid-State Circuits. May 2022. V. 57. № 5. P. 1457–1469. https://doi.org/10.1109/JSSC.2021.3112183.
18. Weinreich S., Murmann B. A 0.6-1.8-mW 3.4-dB NF Mixer-First Receiver With an N-Path Harmonic-Rejection Transformer-Mixer. IEEE Journal of Solid-State Circuits. June 2023. V. 58. № 6. P. 1508–1518. https://doi.org/ 10.11O9/JSSC.2022.3214226.
19. Bozorg A., R. Siaszewski В. A Charge-Sharing MR Filler With Linear Interpolation and High Stopband Rejection. IEEE Journal of Solid-State Circuits. July 2022. V. 57. № 7. P. 2090–2101. https://doi.org/ 10.1109/JSSC 2022 3166960.
20. Ferreira S.В., Baumgratz K.D., Bampi S., Staszewski R. B. Design of High-IF Discrete-Time Receivers for IoT: Demystifying Aliasing Trade-Offs. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. July 2022. V. 69. № 7. P. 3078–3083. https://doi.org/ 10.1109ZС-SII.2022.3175431.
21. Bozorg A., Staszewski R. B. A Clock-Phase Reuse Technique for Discrete-Time Bandpass Fillers. IEEE Journal of Solid-State Circuits. Jan. 2022. V. 57. № 1. P. 290–301. https://doi.org/ 10.1109/JSSC 2021.3086621.
22. Xu Y., Venkatachala P. K., Hu Y., Leuenberger S., Temes G.С., Moon U.-K. A Charge-Domain Switched-Gm-C Band-Pass Filter Using Interleaved Semi-Passive Charge-Sharing Technique. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. Feb. 2020. V. 67. № 2. P. 600–610. https://doi.org/ 10.1 IO9/TCSI.2O19.2949018.