刘兵,
傅海鹏,
马凯学,
天津大学微电子学院 天津 300072
基金项目:国家重点研发计划(2018YFB2202500)
详细信息
作者简介:李旭光：男，1990年生，博士生，研究方向为射频、毫米波集成电路设计
刘兵：男，1991年生，博士生，研究方向为射频、毫米波集成电路设计
傅海鹏：男，1985年生，副教授，研究方向为射频、毫米波集成电路设计，太赫兹探测器，晶体管可靠性及建模
马凯学：男，1973年生，教授，研究方向为射频、毫米波集成电路设计
通讯作者:马凯学 makaixue@tju.edu.cn
中图分类号:TN43计量
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出版历程
收稿日期:2021-01-21
修回日期:2021-04-27
网络出版日期:2021-05-14
刊出日期:2021-06-18
A 130 GHz CMOS Active Vector-Modulation Phase Shifter
Xuguang LI,Bing LIU,
Haipeng FU,
Kaixue MA,
School of Microelectronics, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Funds:The National Key R&D Program of China (2018YFB2202500)
摘要
摘要:面向毫米波相控阵雷达系统应用，该文基于55 nm CMOS工艺设计了一款工作于130 GHz的有源矢量(VM)合成移相器。该电路包含宽带正交发生器、可变增益放大和矢量合成模块。为提升移相器相位分辨率和移相精度，该电路可变增益放大采用了具有高频宽带属性的共栅放大结构和具有高增益属性的含中和电容的共源共栅放大结构多级级联的形式。为避免移相器在矢量合成时由自身结构特点产生相位断裂而导致移相范围下降，该设计电路在矢量合成模块中融入了数控人工介质(DiCAD)结构。通过全波电磁仿真对所设计毫米波移相器进行验证，在125～135 GHz频率范围内，所设计移相器平均增益大于1 dB，移相器可由控制电压控制实现全360°范围内5.625°的相位步进，RMS相位误差小于4°，电路面积为1100 μm×600 μm，功耗33 mW。
关键词:CMOS/
移相器/
矢量合成/
毫米波雷达
Abstract:A 130 GHz active Vector-Modulation (VM) phase shifter based on 55 nm CMOS process is presented for millimeter-wave phased array radar applications. A wideband quadrature generator, there stages variable gain amplifiers and a Gilbert-based summator are exploited in the proposed phase shifter. For improving the phase resolution and accuracy of the phase shifter, multi-stage wide gain-range variable gain amplifiers, which consists of stack common-gate amplifiers and the cascode amplifier based on capacitance neutralization technology, are employed. In addition, the Digital Controlled Artificial Dielectric (DiCAD) structure are also adopted in the proposed phase shifter to cover the phase gap result by VM structure. The full-wave electromagnetic simulation results show that the average gain of the proposed phase shifter is above 1 dB at 125 to 135 GHz. The phase shifting range can cover full 360°with a 5.6° phase step, and the RMS phase error is less than 4° at operating frequency range. The area of the phase shifter is 1100 μm×600 μm, and the power consumption is 33 mW.
Key words:CMOS/
Phase shifter/
Vector-Modulation(VM)/
Millimeter-wave radar
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