CMOS 微波射频芯片任意温度系数自适应补偿技术及芯片设计*

张 萌陈自然何 宁

(1.航天科工通信技术研究院有限责任公司，四川成都 610051；2.东南大学航天科工通信技术研究院量子信息与通信联合研究中心，江苏南京 211100)

微波射频单片集成电路芯片一般采用GaAs、SiGe 或BiCMOS 工艺实现，这些材料的工作频率可以到亚毫米波和太赫兹、光波频段，适用于需要大功率、高速、高温工作的应用场合。但是这些半导体材料在加工工艺等方面存在一定的困难，工艺制成成本昂贵，一般以单个器件为主。相应的芯片在成本与集成度方面较硅基CMOS 工艺有一定劣势。近年来，CMOS 工艺发展提速使其单位增益截止频率向三五族工艺接近，CMOS 工艺的射频前端的单元电路及收发芯片的研发应用，CMOS 工艺芯片在雷达、电子战等射频综合一体化应用背景下，可实现的芯片高集成度、组件小型化、装配高密度填充等应用需求[1-2]。

CMOS 芯片由于其自身工艺特性，在实际制造中芯片性能随工艺角、温度变化较大。最直接的表现是放大器增益随温度升高下降显著，这是由于高温态下，CMOS 芯片中的晶体管跨导急剧下降[3-4]。在模拟、中频段电路设计中，可以通过闭环运算放大器的方式解决，此类放大器增益可以设计成与芯片内两个电阻的比值直接相关。因为同种类型的电阻无论随工艺角变化还是随温度变化，虽然其绝对值有较大偏差，但相对比值是固定的，所以中频放大器的增益也较为容易固定[5]。但是运算放大器的增益带宽积有限，在微波射频频段，放大器无法采用闭环模式设计，温度变化对其影响更为直接和严重。……