Σχεδίαση και υλοποίηση τρισταδιακού ολοκληρωμένου ενισχυτή ισχύος, συχνότητας λειτουργίας 145GHz, σε τεχνολογία BiCMOS 0,13μm

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό τη σχεδίαση, την προσομοίωση και εν τέλει την κατασκευή ενός ολοκληρωμένου διαφορικού ενισχυτή που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί ως driver εξόδου (πρόγραμμα οδήγησης) ενός πομπού σε RF συχνότητες (micro-wave). Ένας τέτοιος ενισχυτής κατέχει σημαντικό ρόλο στις διάφορες τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές.

Το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκε στην Infineon Technologies AG. Η σχεδίαση του ενισχυτή υλοποιήθηκε στην 0.13μm SiGe BiCMOS τεχνολογία B11HFC που μας παρείχε η εταιρεία και με κεντρική συχνότητα λειτουργίας τα 145 GHz. Αρχικά, επιλέχθηκε η αρχιτεκτονική να βασίζεται σε διαφορική διαμόρφωση τριών σταδίων. Επομένως, σχεδιάστηκαν κατάλληλα balun. Ένα balun διαιρεί το σήμα που εισέρχεται από εισόδο μονού ακροδέκτη σε ένα ζεύγος διαφορικών σημάτων, ενώ κατά την έξοδο μετατρέπει το διαφορικό σήμα σε σήμα ενός άκρου μέσω ενός δεύτερου balun ίδιας μορφής. Μετά την ολοκλήρωση της σχεδίασης με στοιχεία της βιβλιοθήκης B11HFC και εφόσον το κύκλωμα τηρούσε τις απαιτήσεις που τέθηκαν, ακολούθησε η κατασκευή του ενισχυτή σε επίπεδο Layout. Συγκεκριμένα, μεταλλικές στρώσεις χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή των διαφόρων στοιχείων του κυκλώματος. Στις προσομοίωσεις λήφθηκαν υπ'όψιν και οι επαφές σύνδεσης pads, τα οποία εξασφαλίζουν την επικοινωνία της πλακέτας με το εξωτερικό περιβάλλον, με σκοπό να διαπιστωθεί το ποσό της επίδρασής τους στη λειτουργία του κυκλώματος. Η επίδρασή τους τελικά αποδείχτηκε μικρή, οπότε η διαδικασία σχεδίασης συνεχίστηκε με τη σχεδίαση πλακέτας και την ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση αυτής. Τέλος, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης που εξήχθησαν παρουσιάζονται στα τελευταία κεφάλαια.

Σε μεγάλη έκταση της εργασίας γίνεται σύγκριση της απόδοσης και των διαφορετικών τεχνικών μεταξύ του σχεδιασμού του ενισχυτή σε επίπεδο στοιχείων βιβλιοθήκης B11HFC και στη τελική Layout μορφή του. Η διαδικασία σχεδίασης ολοκληρώθηκε επιτυχώς και έφτασε μέχρι την εξαγωγή tape-out, όπου και το σχέδιο στάλθηκε σε εργοστάσιο για να υλοποιηθεί η κατασκευή του.