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射频器件基础知识
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2端口网络的S参数
• S11为放大器的输入 反射系数 • S21为放大器的增益 • S22为放大器的输出 反射系数 • S12为放大器的反向 隔离度
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射频器件基础知识
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射频电路基础 ——非线性失真
• 什么是线性失真？ • 什么是非线性失真？ • 非线性失真的主要指标
A Zl
Zo
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射频器件基础知识
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反射系数与驻波系数
• 反射系数：
• 定义为反射信号电压电平 与入射信号电压电平之比 Zl Zo Zl Zo
A Zl
• 驻波系数：
• 定义为射频信号包络的最 大值与射频信号包络的最 小值之比 1 VSWR 1
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•
无BeO隔离层
• 一般地，衬底直接接地，不需BeO隔离，以降低热阻，达到最 好的散热效果，同时减低了封装成本。由于BeO为有毒物质， 不用BeO有利于保护环境
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射频器件基础知识
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LDMOS 结构特点
• P+ Sinker
• 连接源极到衬底，消除连接源极的表层键合丝
• N-LDD（Lightly Doped Drain ，轻掺杂漏极）
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噪声因子与噪声系数
• 噪声系数决定了接收灵敏度的好坏，是用 来衡量射频部件对小信号的处理能力 S N • 噪声因子与噪声系数 Nf
in
in
• 噪声因子用Nf（或F）表示，定义为： N out 即输入信噪比与输出信噪比的比值，表示信噪 比恶化的情况 • 噪声系数用NF表示，定义为：NF dB 10 logNf
• 主要指标：
• • • • 增益 P1dB OIP3 Pout
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射频器件基础知识
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射频大功率放大器(LDMOS) ——内部结构
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射频器件基础知识
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射频大功率放大器(LDMOS) ——内部结构
• LDMOS平面结构的扫描电镜照片(MRF9080)：
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射频器件基础知识 28
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射频小信号放大器 ——功能、指标
• 功能：
• 信号的线性放大
• 分类
• Si、SiGe、GaAs 与 InGaP • HBT 与 MESFET
• 主要指标：
• • • • 增益 P1dB OIP3 噪声系数
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射频器件基础知识
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射频小信号放大器 ——内部结构
• Faraday Shield（法拉第屏蔽）
• 起屏蔽作用，可以降低栅极边缘电场，从而提高漏源击穿电 压，减小生成热载流子的因素。同时，也降低了栅极（输入） 和漏极（输出）间的寄生电容（Cdg） • 然而，法拉弟屏蔽层也相应的增加了Cgs的值。在电路设计中， 优化输入匹配网络可以抵消增加的Cgs
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Zo
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阻抗匹配
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射频电路基础 ——噪声
• 什么是噪声？ • 噪声与干扰 • 噪声因子与噪声系数
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射频器件基础知识
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什么是噪声？
• 信号中所有的无用成分都称为噪声干扰 • 任何射频电子系统都是在噪声与干扰环境下工 作的，射频电子系统的任务之一是与噪声及干 扰作斗争，尽可能减小系统本身产生的噪声， 尽可能在传递信号、处理信号的过程中使信噪 比的恶化降到最小，这是设计射频电子系统首 要考虑的问题。
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射频器件基础知识
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低噪声放大器 ——工作原理
• MESFET工作原理：
• 表面沟道型器件 • 源S、漏D、栅G：载流子经沟道自S到D；G电位控制着沟道 宽度 • 源-漏间距LSD、栅长LG与沟道内电子漂移速度v决定器件频率 特性；WG 决定器件RF电流——增益、功率
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射频器件基础知识
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目录
• 射频电路基本概念
• • • • • 阻抗 噪声 S参数 功率 线性与非线性
• 射频器件基础知识
（主要功能、关键指标、 内部结构、工作原理）
• • • • • • • •
射频器件基础知识
射频放大器 射频开关 射频衰减器 功分器、耦合器 环形器、隔离器 混频器 滤波器（声表、介质） VCO、频综
LDMOS FET典型剖面结构图
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LDMOS 结构特点
• 横向沟道
• LDMOS最大的特征是具有横向沟道结构，漏极、源极和栅极 都在芯片表面
•
双扩散技术（Double Diffusion）
• LDMOS采用双扩散技术，在同一光刻窗口相继进行硼（B， 形成 P- 区）、磷（P，形成 N- 区）两次扩散，由两次杂质扩 散横向结深之差可以精确地决定沟道长度 L 。由于目前扩散 工艺很成熟，沟道长度L可以做得很小（1um以下）并且不受 光刻精度的限制
射频器件基础知识
目录
• 射频电路基本概念
• • • • • 阻抗 噪声 S参数 非线性失真 功率
• 射频器件基础知识
（主要功能、关键指标、 内部结构、工作原理）
• • • • • • •
射频器件基础知识
射频放大器 射频开关 射频衰减器 功分器、耦合器 环形器、隔离器 混频器 滤波器
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Subcollector
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射频器件基础知识
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射频小信号放大器 ——工作原理
• SGA-6486内部电路结构
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射频器件基础知识
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射频大功率放大器 ——功能、指标
• 功能：
• 大功率信号的线性放 大、输出
• 分类
• 分离、单片集成、混 合集成 • Si、GaAs、SiC • LDMOS、VDMOS、 BJT
低噪声放大器 ——工作原理
2DEG层
2D
HEMT原理
PHEMT层结构
• HEMT/pHEMT工作原理：
• • • • 与MESFET基本相同的器件结构 2DEG沟道层 栅电容控制2DEG电流的强弱 源-漏间距LSD、栅长LG与沟道内电子漂移速度v决定器件频率 特性；WG决定器件RF电流——增益、功率
射频电路基础 ——阻抗
• • • • • 阻抗的定义 特征阻抗 端口阻抗 反射系数与驻波系数 阻抗匹配
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射频器件基础知识
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阻抗的定义
• 射频电路中阻抗的概念有很多，对于器 件有器件阻抗，对于2端口网络有输入阻 抗和输出阻抗，对于传输线有特性阻抗
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射频器件基础知识
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射频器件基础知识
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非线性失真的主要指标 ——IMD3
• 三阶交调（IMD3）
• 三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线 性的一个重要指标
三阶交调常用dBc表 示，即交调产物与主 输出信号的比
IMD3
三阶交调 五阶交调
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射频器件基础知识
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非线性失真的主要指标 ——IP3、P1dB
射频开关 ——功能、指标
• 功能：
• 控制信号、选择通道
• 分类
• GaAs、Si • Pin管、MESFET、 PHEMT、SOI MOSFET • 单刀单掷开关、单刀 双掷开关、单刀四掷 开关、双刀双掷开关 等
射频器件基础知识
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射频大功率放大器 ——内部结构
单片集成
混合集成
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射频大功率放大器(LDMOS) ——工作原理
• LDMOS剖面结构
• LDMOS，Laterally Double-Diffused Metal Oxide Semiconductors，横向双扩散晶体管 • LDMOS是为射频功率放大器设计的改进的n沟道增 强型MOSFET。
S out
• 噪声的级联公式： NF 总
G1、NF1
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NF 1
NF 2 G1
1 ...
NF n
1
G1 G2 ... Gn 1
G2、NF2
Gn、NFn
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射频器件基础知识
射频电路基础 ——S参数
• 射频网络： • S参数 • 2端口网络的S参数
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射频器件基础知识
• 以SGA-6486为例
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射频器件基础知识
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射频小信号放大器 ——工作原理
B E B
Field Oxide
Channel Stop Subcollector P-Substrate 20 cm
C
C deep
M etal 2
Metal1
Only Difference
Base - SiGe replaces Silicon
• 在沟道与漏极之间有一个低浓度的 n- 漂移区（N- LDD）， LDD可以通过注入磷（P）或砷（As）离子得到。LDD的影响 是两方面的：一方面，与传统的注入N+工艺相比，漏极区域 的电场强度（是导致热载流子的主要原因）大约降低80%，同 时提高了漏极击穿电压，另一方面，N-注入也使源漏间串联 电阻增加，降低了器件的跨导
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射频器件基础知识
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噪声与干扰
• 噪声可分为自然的和人为的噪声