Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Mobile Network and Mobile Multimedia Technology, Shenzhen 518055, China
2 Wireless Product Planning Department, ZTE Corporation, Shenzhen 518055, China
3 School of Microelectronics, Xidian University, Xi’an 710071, China
The GaN HEMT is a potential candidate for RF applications due to the high frequency and large power handling capability. To ensure the quality of the communication signal, linearity is a key parameter during the system design. However, the GaN HEMT usually suffers from the nonlinearity problems induced by the nonlinear parasitic capacitance, transconductance, channel transconductance etc. Among them, the transconductance reduction is the main contributor for the nonlinearity and is mostly attributed to the scattering effect, the increasing resistance of access region, the self-heating effect and the trapping effects. Based on the mechanisms, device-level improvement methods of transconductance including the trapping suppression, the nanowire channel, the graded channel, the double channel, the transconductance compensation and the new material structures have been proposed recently. The features of each method are reviewed and compared to provide an overview perspective on the linearity of the GaN HEMT at the device level.
GaN HEMT linearity improvement transconductance reduction transconductance compensation nanowire channel graded channel Journal of Semiconductors
2023, 44(12): 121801
北京理工大学毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室, 北京 100081
太赫兹调频连续波成像技术具有高功率、小型化、低成本、三维成像等特点, 在太赫兹无损检测领域受到了广泛关注。然而由于微波及太赫兹器件限制, 太赫兹信号带宽难以做大, 从而制约了成像的距离向分辨力。虽然高载频可实现较大宽带, 但伴随的低穿透性和低功率会限制太赫兹调频连续波成像系统的应用场景。因此, 聚焦于太赫兹波无损检测领域, 提出一种时分频分复用的 114~500 GHz超宽带太赫兹信号的产生方式, 基于多频段共孔径准光设计, 实现超带宽信号的共孔径, 频率可扩展至 1.1 THz。提出一种频段融合算法, 实现了超宽带信号的有效融合, 距离分辨力提升至 460 μm, 通过人工设计的多层复合材料验证了系统及算法的有效性, 并得到封装集成电路(IC)芯片的高分辨三维成像结果。
太赫兹调频连续波 非线性度校准 多频段融合 准光设计 无损检测 Terahertz Frequency Modulated Continuous Wave non-linearity calibration multiband fusion quasi-optical design Nondestructive Testing 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 563
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院 半导体研究所, 北京 100083
设计并实现了一种电流型温度传感芯片。分析了测温原理和厄利效应对测温精度的影响, 提出了一种集电极-发射极电压补偿电路, 利用一组电流镜和匹配电阻将输出电流和温度之间的传递函数线性化, 提高了芯片的线性度和测温精度。设计了反向偏置保护电路, 增大芯片可承受的反向电压。芯片采用40 V互补双极工艺设计并流片。测试结果表明, 芯片在-55～150 ℃温度区间内的非线性误差为±02 ℃, 测温精度小于±03 ℃。
温度传感芯片 互补双极工艺 线性度 反向偏置保护 测温精度 temperature sensor chip complementary bipolar process linearity reverse bias protection temperature measurement accuracy
北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
提出了一种品质因数(Q)-频率(f)特性与电感值(L)-频率(f)特性增强的新型高线性有源电感, 主要由负跨导器、新型正跨导器、Q值增强调制模块、反馈电阻、两级电平转换电路和负跨导器分流支路组成。通过多个电路单元间的协同配合和所设置的三个外部偏置端电压的联合调谐, 该有源电感不但具有高Q值, Q值相对于电感值可独立调节, 而且高Q峰值及电感值在不同频率下能够基本保持不变, 同时也有高的线性度。验证结果表明, 在6 GHz下, Q值可在275~4 471之间变化, 调谐率为1768%, 而电感值的变化率仅为15%; 在48 GHz、52 GHz、56 GHz和6 GHz的4个频点下, 分别获得了4 480、4 469、4 473和4 471的高Q峰值, 变化率仅为024%, 且电感值分别为7532 nH、7467 nH、7909 nH、7977 nH, 变化率仅为63%; 电感值的-1 dB压缩点为-13 dBV。
有源电感 高Q值 独立调节 高线性度 active inductor high quality factor independent adjustment high linearity
1 北京信息科技大学信息与通信工程学院信息与通信系统信息产业部重点实验室，北京 100101
2 北京信息科技大学信息与通信工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100101
3 北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，北京 100871
硅基调制器具有体积小、功耗低、易集成等优势，但相较于铌酸锂调制器，线性度通常较差，从而限制了其在光载无线等通信系统中的性能。提出一种增强型最大比例混合接收机（EMRC-Rx），用以补偿硅基调制器对无源光接入网络带来的性能下降缺点。EMRC-Rx综合利用直接检测机（DD-Rx）和轻相干检测机（Lite CO-Rx）的优势，借助两种接收方式的最大信噪比占比，可以显著提升接收机的灵敏度，进而解决硅基调制器低线性度导致的系统性能下降问题。实验结果表明，当误码率高于KP4-FEC阈值1.0×10-4时，相较于DD-Rx和Lite CO-Rx，EMRC-Rx的接收灵敏度分别提升5.5 dB和8.8 dB，误差矢量幅度（EVM）分别提升32.5%和41.1%，系统性能明显得到改善。通过进一步与铌酸锂调制器进行对比发现，相比采用铌酸锂调制器的Lite CO-Rx和DD-Rx，基于硅基调制器的EMRC-Rx的接收灵敏度分别提升3.5 dB和7.9 dB，且可取得与铌酸锂调制器中MRC-Rx接近的系统性能，验证了EMRC-Rx对硅基调制器低线性度带入的性能劣化的补偿效果。本工作对在5G时代利用硅基调制器构建高可靠、低成本的光子集成接入网具有指导意义。
硅基调制器 直接检测 轻相干检测 无源光接入网 调制器线性度 光学学报
2023, 43(23): 2312002
1 南京电子器件研究所, 南京 210016
2 微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室, 南京 210016
3 中国电子科技集团有限公司碳基电子重点实验室, 南京 210016
针对高线性氮化镓微波功率器件研制需求, 设计并外延生长了复合势垒的Al0.26Ga0.74N/GaN/Al0.20Ga0.80N/GaN异质结构材料, 通过理论计算和电容-电压(C-V)测试表明复合势垒材料存在两层二维电子气沟道。生长的复合势垒材料二维电子气迁移率达到1 510 cm2·V-1·s-1, 面密度达到9.7×1012 cm-2。得益于双沟道效应, 基于复合势垒材料研制的器件跨导存在两个峰, 使得跨导明显展宽, 达到3.0 V, 是常规材料的1.5倍。复合势垒结构器件的跨导一阶导数与二阶导数具有更加优异的特性, 表明其具有更高的谐波抑制能力, 显示复合势垒AlGaN/GaN异质结构在高线性应用上的优势。
AlGaN/GaN异质结 复合势垒 金属有机物气相沉积 高线性 跨导 二维电子气 AlGaN/GaN heterojunction coupled barrier metal-organic chemical vapor deposition high linearity transconductance two-dimensional electron gas
河南工程学院 电气信息工程学院，河南 郑州 451191
为了提高传感器的灵敏度和线性度，该文提出了改变光纤的表面粗糙度和探针类型。首先通过自主搭建轮式光纤侧面抛磨系统，将光纤的一端镀一层Ag膜作为反射镜面，制备得到表面较粗糙的D型光纤探针。通过检测探针的传感特性发现，被测溶液折射率的变化会引起不同能量的吸收，由此使光功率计接收的光功率发生改变。经测试，制备的D型光纤传感器稳定性及线性度均很好，尤其是抛磨损耗为18 dB的传感器的灵敏度和线性相关系数分别高达66.02 dB/RIU和99.58%。通过对折射率的精度进行测量和计算，得到其精度高达0.000 04。结果表明，该传感结构具有广泛应用于生化传感(如新冠疫情等）及对环境污染程度进行实时监测的潜力。
高灵敏度 抛磨粗糙度 线性度 D型光纤传感器 high sensitivity polishing roughness linearity D-type optical fiber sensor
1 重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
2 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
3 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
设计了一种桥式并-串联级联结构的高线性度、超宽带采样/保持电路。该采样/保持电路包括输入缓冲器、辅助开关和SEF开关三个单元。采用桥式并-串联级联结构改进的辅助开关模块单元, 大幅提高了电路的线性度和带宽。该采样保持电路基于0.13 μm SiGe双极型工艺进行设计, -4.75 V和2 V双电源电压供电。仿真结果表明, 在100 fF采样电容、6.25 GHz采样频率、10.28 GHz输入频率的条件下, SFDR为69.60 dB, THD为-65.25 dB, -3 dB带宽达 35.43 GHz。
采样/保持电路 桥式并-串联级联结构 辅助开关 高线性度 sample/hold circuit bridge shunt-series cascade structure auxiliary switch high linearity
1 合肥工业大学 微电子设计研究所, 合肥 230601
2 合肥工业大学 教育部IC设计网上合作研究中心, 合肥 230601
设计了一种基于电荷重分配式逐次逼近的高能效相位量化模数转换器(PH ADC)。针对传统结构中量化电平线性度差导致转换精度低的问题, 建立相位映射关系, 并采用线性回归曲线技术, 提升了比较电平线性度。同时, 比较电平数量缩减为传统结构的一半, 降低了电路的电容阵列面积、功耗和复杂度。进一步地, 引入低功耗的单调开关切换方式和共模电压提升电路, 将被加权的比较电平提高至电源电压, 避免了设计额外的参考电平产生电路。基于55 nm CMOS工艺的电路仿真结果表明, 在全工艺角条件下, 有效位数达5.6位以上, FOM值达24.38 fJ/conv。
相位量化模数转换器 线性度 映射关系 线性回归 PHADC linearity mapping relationship linear regression
中国工程物理研究院计量测试中心，四川绵阳621999
高功率电脉冲装置常使用电容分压器来监测其电压值。电容分压器的幅度线性度表征了分压器在大电压与小电压下分压比的一致程度，线性度的好坏直接关系到监测的电压值的准确程度。本文通过对介质基板电容分压器进行原理分析，并通过仿真软件在脉宽为200 ns 的矩形脉冲高压源(500 V~4 kV)与半高宽约为10 μs 的冲击高压源(10~100 kV)下分别对介质基板电容分压器的性能进行仿真，并设计加工。之后分别采用两种高压源对分压器进行实验研究，结果显示，介质基板电容分压器的幅度线性度在500 V~100 kV 之内为1.16%，线性度较好，可以将小信号下校准的分压比用于大信号的测量中。
介质基板 电容 分压器 自积分 线性度 dielectric substrate capacitor voltage divider self-integration linearity 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(11): 1218
