Д.В. Клименко1, А.Б. Никитин2, А.А. Строганов3, И.А. Цикин4

1 ООО «Специальный технологический центр» (Санкт-Петербург, Россия)

2-4 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1 devklimenko@stc-spb.ru; 2 nikitin@mail.spbstu.ru; 3 stroganov.aa@edu.spbstu.ru; 4 tsikin@mail.spbstu.ru

Постановка проблемы. Сверхвысокочастотные (СВЧ) переключатели широко используются при создании приемопереда-ющих модулей различного назначения. Выполненные в виде монолитных интегральных схем (МИС) эти переключатели естественным образом могут быть встроены в устройства дискретного управления параметрами СВЧ-колебаний, например, в фазовращатели или аттенюаторы. В условиях ограниченного доступа к высокотехнологичной продукции зарубежных производителей микроэлектронных компонентов особое внимание уделяется совершенствованию СВЧ МИС, выпускаемых на основе отечественных технологий. Кроме того, более гибкие условия производства, предоставляемые так называемыми «фаундри» (foundry) – фабриками по производству заказных МИС, обуславливают развитие именно таких отечественных технологических процессов. Следовательно, разработка топологии МИС переключателя на два направления (SPDT) диапазона частот 7…11 ГГц на основе библиотеки стандартных элементов для отечественного технологического процесса 0,25 мкм GaAs pHEMT является на сегодняшний день актуальной задачей.

Цель. Предложить топологию МИС SPDT-переключателя на основе отечественной GaAs pHEMT технологии, по совокупности своих характеристик сопоставимого с образцами зарубежных производителей (потери открытого канала менее 1,2 дБ, развязка между выходными каналами не хуже 40 дБ, КСВН входа и выхода не более 1,3).

Результаты. Исследованы схемы МИС переключателя, содержащие два и три транзистора в каждом канале. Выяснено, что построение переключателя на основе последовательно-параллельной схемы на двух транзисторах не позволяет добиться требуемых величин развязки. В качестве базовой структуры для разработки топологии МИС предложена схема с тремя транзисторами в каждом канале переключателя. На основе этой структуры разработана топология МИС переключателя, определены параметры транзисторов и пассивных элементов, обеспечивающих заданные характеристики. Показано, что предложенный переключатель в рассматриваемом диапазоне частот 7…11 ГГц обладает требуемыми характеристиками: потери открытого канала менее 1 дБ, развязка между выходными каналами не хуже 50 дБ и вносимые потери закрытого канала более 41 дБ, КСВН входа и выхода не более 1,2, размеры кристалла МИС 1400´1200 мкм.

Практическая значимость. Разработанная на основе отечественной GaAs pHEMT технологии топология МИС SPDT-пе-реключателя по совокупности своих характеристик сопоставима с образцами зарубежных производителей.

Клименко Д.В., Никитин А.Б., Строганов А.А., Цикин И.А. Разработка монолитной интегральной схемы СВЧ-переключателя на основе GaAs pHEMT-технологии // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 3. С. 92−101. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202403-09

1. Berezniak A., Korotkov A. Solid-state microwave switches: circuitry, manufacturing technologies and development trends. Review (Part 1) // Radioelektronika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. 2013. V. 56. № 4. P. 3–28. DOI: 10.3103/S0735272713040018.
2. Berezniak A., Korotkov A. Solid-state microwave switches: circuitry, manufacturing technologies and development trends. Review (Part 2) // Radioelektronika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. 2013. V. 56. № 5. P. 3–20. DOI: 10.3103/S0735272713050014.
3. Кочемасов В., Рауткин Ю. Интегральные СВЧ-переключатели // Электроника: НТБ. 2018. № 4(00175). С. 122–127. DOI: 10.22184/1992-4178.2018.175.4.122.127.
4. Lu D., Liu J., Yu M. Highly Selective Bandpass Switch Block with Applications of MMIC SPDT Switch and Switched Filter Bank // IEEE Solid-State Circuits Letters. 2022. V. 5. P. 190–193. DOI: 10.1109/LSSC.2022.3194410.
5. Wang L., Fan Y., Cheng Y. J. Design of Low Loss Ka-Band SPDT Switch Based onAlGaN/GaN HEMT Technology // 2022 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP). P. 1–3. DOI: 10.1109/IMWS-AMP54652.2022.10107090.
6. Saini E., Sinha S., Kumar P. P., Bhattacharya A. N. X-Band High Power GaN SPDT Switch MMIC for Space based Radar Front End // 2023 IEEE Wireless Antenna and Microwave Symposium (WAMS). P. 1–4. DOI: 10.1109/WAMS57261.2023.10242975.
7. Erturk V., Gurdal A., Akoglu B. C., Ozbay E. 60W Stacked-HEMT Based Asymmetric X-Band GaN SPDT Switch for Single Chip T/R Modules // Proceedings of the 18th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC). 2023. P. 265–268. DOI: 10.23919/EuMIC58042.2023.10288908.
8. Johannes S., Kolodziej K., Popovic Z. GaN MMIC RF Switches for In-Band Full-Duplex Phased Array Calibration // 2022 IEEE 22nd Annual Wireless and Microwave Technology Conference (WAMICON). P. 1–4. DOI: 10.1109/WAMICON53991.2022.9786126.
9. Chang Y.-T. Wideband Asymmetric Single-Pole Double-Throw Switch Based on Back-to-Back Coupler Structure // IEEE Solid-State Circuits Letters. 2023. V. 6. P. 205–208. DOI: 10.1109/LSSC.2023.3296202.
10. Zhu H.-R., Ning X.-Y., Huang Z.-X., Guo Y.-X., Wu X.-L. Miniaturized, Ultra-Wideband and High Isolation Single Pole Double Throw Switch by Using π-Type Topology in GaAs pHEMT Technology // IEEE Transactions on Circuits and Systems – II: Express Briefs. 2021. V. 68. № 1. P. 191–195. DOI: 10.1109/TCSII.2020.3001171.
11. Кочемасов В., Шадский В. Твердотельные СВЧ-фазовращатели. Ч. 1 // Электроника: НТБ. 2017. № 1(00161). С. 86–100. DOI: 10.22184/1992-4178.2016.161.1.86.100.
12. Кочемасов В., Белов Л. Аттенюаторы с электронным управлением // Электроника: НТБ. 2017. № 4(00164). С. 82–95. DOI: 10.22184/1992-4178.2017.164.4.82.95.
13. Филаретов А., Чалый В. СВЧ фаундри с военной приемкой: от физико-топологического базиса к ТУ на библиотеку стандартных элементов // Материалы VIII Всеросс. науч.-технич. конф. «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем». 2020. С. 232–235.
14. Кондратенко А., Брагин Д., Досанов А., Зыков Д., Сорвачев П. Функциональные узлы радиотракта ППМ АФАР Х-диа-пазона в монолитном интегральном исполнении // СВЧ электроника. 2021. № 1. С. 34–39.
15. Березняк А., Коротков А. Синтез и реализация монолитных интегральных схем СВЧ-переключателей на основе GaAs рНЕМТ-технологии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2019.
    Т. 12. № 4. С. 84–96. DOI: 10.18721/JCSTCS.12407.
16. Калентьев А., Добуш И., Горяинов А., Сальников А. Интеллектуальная САПР «Смекалец»: быстрый и простой синтез СВЧ интегральных схем // Электроника: НТБ. 2022. № 3(00214). С. 76–80. DOI: 10.22184/1992-4178.2022.214.3.76.80.
17. Klimenko D., Nikitin A., Stroganov A., Tsikin I. Features of centimeter-band filter-bank design based on GaAs pHEMT-technology // Computing, Telecommunications and Control. 2023. V. 16. № 3. P. 7–17. DOI: https://doi.org/10.18721/JCSTCS.16301.
18. Luo L., Liu J., Wang G., Wu Y. Small-signal modeling and parameter extraction method for a multigate GaAs pHEMT switch // Journal of Semiconductors. 2020. V. 41. № 032102. P. 1–6. DOI: 10.1088/1674-4926/41/3/032102.
19. Haddad F., Hammadi A. B., Saad S. Effect of Multi-Finger Gate MOSFET on RF Analog Integrated Circuit Performances // 2020 15th Design & Technology of Integrated Systems in Nanoscale Era (DTIS). 2020. P. 1–4. DOI: 10.1109/DTIS48698.2020.9081132.
20. Попов А., Добуш И., Сальников А., Горяинов А. Обзор методик построения малосигнальных моделей транзисторов для управляющих СВЧ-устройств // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2020. Вып. 3(546). С. 10–33.
21. Saintly-Tech Communications Limited. Products. MMIC Die Chip: GaAs FET Switch. SKD102080100-1 [электронный ресурс] URL: http://www.sainty-tech.com/en/Filter/194.html (Дата обращения: 25.01.2024).
22. Saintly-Tech Communications Limited. Products. MMIC Die Chip: GaAs FET Switch. SKD102080120 [электронный ресурс] URL: http://www.sainty-tech.com/en/Filter/194.html (Дата обращения: 25.01.2024).
23. Гудков А., Вьюгинов В., Попов В., Соловьев Ю., Травин Н., Чижиков С., Агандеев Р., Шашурин В. Технологические аспекты изготовления МИС СВЧ // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 8. С. 52–71. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202208-03.