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封面故事 | Cover Story - MMIC

波段串联 - 并联开关设计，功率能力超过 10W ； 两个参数。串联开关的隔离度和并联开关的插入
而 Ka 波段串联 - 并联开关能够达到 1W。 损耗不会有任何改进或退化。
其他以前未公布的设计还包括超宽带全并联 表 I 显示了特定 PIN 二极管开关设计拓补结
6-18GHz 和 60-110GHz 开关。PIN 二极管 MMIC 构的相对适用性，可以用来优化各种开关参数，

移相器和限幅器的发展也正在探索之中。ADS 工 包括损耗、VSWR 和隔离度。在考虑设计 PIN 二
艺设计工具包（PDK）已被完全开发并验证，并 极管开关芯片时，可以将这些经验法则作为出发
使用了 3D EM 三维电磁仿真来设计新颖的二极管 点，但是必须使用 EM 电磁仿真和电路设计工具
和相应电路结构。 和模型如 HFSS、Momentum 和 ADS 等来仔细分
析选定的电路拓扑。
开关设计电路拓扑 表I. 各种PIN开关配置的相对适用性。
开关可以设计成多种拓扑结构，所有这些都 开关设计配置
参数 串联二极管 并联二极管 串-并联二极管
是三种主要类型的延伸 ：“串联”，其中串联元件
插入损失 高频最佳 低频最佳 中等
（这里是二极管）是每个开关臂中的选通器件；“并
VSWR 中等 最差 最好
联”，其中并联二极管是每个臂中的选通器件；“串 -
隔离度 最差 中等 最好
并联”，每个臂都有串联和并联二极管对。
分析 PIN 二极管在微波频率下呈现的阻抗， 串联 - 并联 50MHz>70GHz
正向偏置下的电阻 R S 和反向偏置下的电容 C T ， 许多开关采用串联 - 并联配置来进行设计，
分别得出了每个开关拓扑结构的插入损耗（IL） 包括 SP2T，SP3T，SP4T 和 SP5T。如表 I 所示，
和隔离度（ISO）如下，这里假设串联和并联二 串联 - 并联设计具有适度的插入损耗，但是有优
极管的 R S 和 C T 是相同的。（这些是一阶近似，不 异的隔离度特性。如图 2 所示的串 - 并联 SP2T
包括二极管和互连寄生效应，增加多个臂对开关 的隔离度和插入损耗特性绘制在图 3 中，均优于
的影响。在实际设计中，必须考虑这些次要影响， 砷化镓单片，注意几乎到 80GHz 都有小于 2.0 分
可以利用并联二极管设计中的 1/4 波长变换，以 贝的优良插入损耗。
及所有情况下的阻抗匹配）。

（1）

（2）
图2. 采用串联-并联配置
二极管的SP2T开关。
（3）

（4）

（5）

（6）

这些方程式中可以看出，在不 C T 不发生改
变（如在 AlGaAs/GaAs PIN 二极管中）的情况下，
R S 的减小都将降低串联开关的插入损耗，增加并
图3. 图2中 SP2T开关的
联开关的隔离度，并且提高串联 - 并联开关的这 宽带性能。

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2018年第1期 11