第1章 緒論

1.1 引言

1.2 毫米波頻譜資源的劃分

1.3 毫米波的特點

1.3.1 基本特性

1.3.2 軍事應用特性

1.4 毫米波技術的“熱點”

1.4.1 大氣窗口

1.4.2 非大氣窗口

1.5 毫米波集成電路及其分類

1.5.1 毫米波混合集成電路

1.5.2 毫米波單片集成電路

1.6 毫米波集成電路的發展現狀及趨勢

1.6.1 工作頻率

1.6.2 輸出功率

1.6.3 集成度

1.6.4 工藝與材料

1.6.5 測試與測量

1.6.6 EDA軟件

1.6.7 現代電子繫統

1.7 毫米波集成電路材料

1.7.1 氮化鎵材料

1.7.2 硅/锗材料

1.8 毫米波集成電路工藝線

1.9 國際發展現狀

1.9.1 晶圓代工服務市場壟斷突出

1.9.2 成本效益與拓展市場

1.9.3 Fabless日益成為主流

1.10 毫米波集成電路的應用

1.10.1 無線通信領域

1.10.2 毫米波MIMO技術

1.10.3 成像與探測領域



第2章 毫米波集成電路工藝技術

2.1 引言

2.2 毫米波半導體器件簡介

2.2.1 襯底材料

2.2.2 有源器件種類

2.3 高電子遷移率晶體管

2.3.1 HEMT溝道電子面密度

2.3.2 HEMT電流-電壓特性

2.3.3 HEMT頻率特性

2.3.4 HEMT噪聲特性

2.3.5 HEMT技術發展

2.4 無源器件

2.4.1 電阻

2.4.2 電容

2.4.3 電感

2.4.4 通孔和接地

2.4.5 傳輸線

2.5 毫米波單片集成電路工藝技術

2.5.1 外延有源層

2.5.2 制備歐姆接觸

2.5.3 硼離子注入隔離

2.5.4 制備T型金屬柵接觸

2.5.5 制備歐姆接觸引線孔、金屬薄膜電阻

2.5.6 制備電容的下電極

2.5.7 電容介質層生長

2.5.8 空氣橋

2.5.9 制備第二層厚金屬

2.5.10 制備背面通孔和劃片道

2.6 小結

參考文獻



第3章 毫米波單片電阻型場效應管混頻器電路

3.1 引言

3.2 電阻型場效應管混頻原理

3.2.1 電阻型場效應管混頻器原理

3.2.2 電阻型場效應管混頻器特性

3.3 電阻型場效應管混頻器的類型

3.3.1 單端電阻型場效應管混頻器

3.3.2 單平衡電阻型場效應管混頻器

3.3.3 雙平衡電阻型場效應管混頻器

3.4 單平衡電阻型場效應管混頻器設計

3.4.1 混頻器指標和拓撲

3.4.2 Lange耦合器設計

3.4.3 電路性能設計

3.5 小結

參考文獻



第4章 毫米波單片矢量調制器

4.1 引言

4.2 矢量調制器原理

4.3 矢量調制器類型

4.3.1 反射式矢量調制器

4.3.2 平衡式矢量調制器

4.4 單片矢量調制器的設計

4.4.1 零偏置HEMT管模型

4.4.2 反射式矢量調制器的優化設計

4.4.3 Ka波段平衡式矢量調制器的優化設計

4.4.4 單片矢量調制器的低溫漂設計

4.5 單片矢量調制器的測試

4.5.1 小信號測試方案

4.5.2 大信號測試方案

4.5.3 測試結果

4.6 小結

參考文獻



第5章 毫米波單片開關電路

5.1 開關基本指標

5.2 開關典型分類

5.2.1 CMOS技術

5.2.2 RF MEMS技術

5.2.3 PIN二極管技術

5.2.4 HEMT技術

5.2.5 混合技術

5.3 單片開關電路舉例

5.3.1 HEMT開關尺寸選擇

5.3.2 短溝道效應

5.3.3 可承受功率能力

5.3.4 超寬帶

5.4 單片開關電路優化設計

5.4.1 工藝選擇

5.4.2 電路拓撲選擇

5.4.3 管芯選擇

5.4.4 設計結果

5.4.5 測試環境

5.4.6 測試結果

5.5 小結

參考文獻



第6章 毫米波寬帶單片低噪聲放大器

6.1 引言

6.2 寬帶負載匹配技術

6.2.1 有損匹配

6.2.2 反饋式匹配

6.2.3 共柵配置

6.2.4 電抗匹配

6.3 Ka波段寬帶低噪聲放大器

6.3.1 拓撲結構

6.3.2 電路性能設計

6.3.3 電路性能測試

6.4 60 GHz寬帶低噪聲放大器

6.4.1 拓撲結構

6.4.2 電路性能設計

6.4.3 電路性能測試

6.5 小結

參考文獻



第7章 毫米波單片功率放大器

7.1 引言

7.1.1 功率放大器主要特性

7.1.2 功率放大器增益和穩定性

7.2 功率晶體管

7.3 線性功率放大器

7.4 高功率放大器

7.5 功率放大器設計實例

7.5.1 Ka波段高功率放大器拓撲結構

7.5.2 末級放大器設計

7.5.3 電路性能設計

7.5.4 電路性能測試

7.6 小結

參考文獻



第8章 毫米波短距離通信收發組件

8.1 引言

8.2 60 GHz技術

8.2.1 免許可證頻段

8.2.2 安全性高

8.2.3 低階調制體制

8.3 60 GHz技術標準

8.3.1 IEEE 802.15.3c標準

8.3.2 IEEE 802.11ad標準

8.3.3 ECMA-387標準

8.3.4 WiGig聯盟

8.3.5 WirelessHD聯盟

8.4 60 GHz技術挑戰

8.4.1 視距傳輸

8.4.2 成本效益

8.5 60 GHz繫統SoC解決方案

8.5.1 Agilent解決方案

8.5.2 UMS解決方案

8.5.3 Hittite解決方案

8.5.4 Gotmic解決方案

8.5.5 TNO解決方案

8.6 60 GHz技術微繫統前端解決方案

8.6.1 SiversIMA解決方案

8.6.2 Endwave解決方案

8.6.3 Rohde ＆ Schwarz解決方案

8.6.4 HXI解決方案

8.6.5 IMEC解決方案

8.7 國內研究現狀

參考文獻



第9章 毫米波成像繫統

9.1 引言

9.2 物體的毫米波輻射原理

9.2.1 黑體輻射

9.2.2 利用輻射計檢測物體的原理

9.3 全功率直接檢波交流輻射計設計

9.3.1 毫米波輻射計分類

9.3.2 全功率型直接檢波交流輻射計及其溫度靈敏度分析

9.3.3 寬帶低噪聲高增益毫米波模塊設計

9.3.4 寬帶檢波電路設計

9.3.5 視頻放大器設計

9.4 被動毫米波成像繫統

9.4.1 焦平面天線技術

9.4.2 被動毫米波成像繫統集成

9.4.3 被動毫米波成像實驗

9.5 輔助源照射下的毫米波成像技術

9.5.1 主動毫米波成像的斑點噪聲和閃爍效應形成機理

9.5.2 主動毫米波成像的有源照射解決方案

9.5.3 室內主動毫米波成像繫統集成

9.5.4 室內主動毫米波成像實驗

9.6 小結

參考文獻



第10章 毫米波FMCW小型雷達繫統及應用

10.1 引言

10.2 基於FMC

……

隨著人們對電子信息繫統的高寬帶、高速率、小型化需求，無線通信頻譜將擴展到毫米波段、亞毫米波段和太赫茲波段，而繫統中重要的毫米波集成電路就成了必不可少的核心芯片。日益先進的微納電子技術使集成電路工藝技術進入了納米時代，對於毫米波頻段以上的集成電路層出不窮，45
nm的硅集成電路工藝，其器件的截止頻率已經突破了250 GHz；III-V族化合物半導體集成電路，由於其具有高的電子遷移率及50 nm
InP HEMT的集成電路工藝，器件截止頻率也突破了580
GHz。為了滿足高速吉比特、大帶寬的通信繫統、智能交通繫統、汽車防撞繫統以及反恐安檢繫統的應用，毫米波集成電路的需求越來越大。隨著工藝成本和設計、測試成本的降低，毫米波集成電路及其繫統應用已經成為軍民兩用領域不可缺少的先進技術之一。


本書是作者近30年在該領域從事科研和教學工作的繫統總結，書中除特殊注明外，均是作者和所指導博士生的研究成果，有部分毫米波集成電路已經在繫統上得到應用；所建立的毫米波集成電路測試繫統為國內外高校和研究單位提供了標準化的測試服務。為本書內容作出貢獻的有：吳亮博士、楊明輝博士、王偉博士、顧建忠博士、張健博士、侯陽博士、王闖博士、聞儒鳴博士、韓克武博士、孫浩博士、崔恆榮博士、崔斌博士、時翔博士、孫芸、錢蓉等。近年來通過國際合作和交流，作者所在團隊在毫米波集成電路設計、工藝、測試等方面有了很大進步，並在國際先進的工藝線上進行了流片驗證；結合標準工藝，建立了完全自主的器件、工藝、繫統一體化的設計方法，鞏固了專業理論知識，積累了豐富的實踐經驗，為今後的工作打下了很好的基礎。


為了讓讀者更好地掌握毫米波集成電路的基本設計方法，書中的毫米波集成電路基本涵蓋了毫米波信息繫統收發子繫統中的核心集成電路芯片，特別地，毫米波矢量調制器芯片是作者多年來從微波混合集成電路研究和自適應抵消繫統的研究中發展的毫米波自適應抵消繫統的應用成果。書中給出的典型繫統應用部分已經進行了產業化推廣。


本書共11章，內容涵蓋當前毫米波集成電路的各個主流研究領域，即從毫米波集成電路材料、工藝、器件到毫米波無源集成電路與毫米波有源集成電路；從毫米波集成電路原理、設計到毫米波集成電路繫統應用與測試方法和技術。


第1章 
首先介紹毫米波技術的特點與熱點，其次介紹毫米波集成電路分類、現狀與發展趨勢；從6個不同的角度（材料、工藝、計算機輔助設計軟件、單片集成電路、組件及集成封裝技術）對當前毫米波集成電路進行展開，後介紹現代毫米波電子繫統（通信、雷達、成像）。


第2章 
重點介紹當前主流的毫米波單片集成電路的材料（GaAs、InP與GaN）器件工藝與模型（pHEMT）以器件工藝與模型（電阻、電容、電感、通孔與傳輸線），為後續章節的展開做鋪墊。


第3～5章 
主要介紹毫米波單片無源集成電路的原理、拓撲結構以及具體設計舉例，包括毫米波單片場效應管混頻器、毫米波單片矢量調制器、毫米波單片開關電路。


第6～7章 
主要介紹毫米波單片集成電路的原理、拓撲結構以及具體設計，包括毫米波單片低噪聲放大器、毫米波單片功率放大器。

第8～10章  主要介紹毫米波集成電路繫統應用與繫統設計，包括60
GHz無線通信繫統、毫米波交通信息采集雷達繫統、毫米波成像繫統。

第11章  主要介紹毫米波集成電路在片自動測試技術。

作者長期工作在微波毫米波集成電路及其繫統集成領域的科研線，積累了豐富的實踐經驗，培養了數十名博士和碩士研究生。在科研和教學工作中得到了西安電子科技大學吳萬春教授、梁昌洪教授、王家禮教授、董樹義教授的指導和幫助；特別是作者的導師：西安交通大學著名的微電子學家羅晉生教授、中電55所的林金庭總工、中科院上海微繫統與信息技術研究所夏冠群教授，是他們帶領作者進入了微波毫米波集成電路的研究領域。在完成本書稿的時候，向給予幫助和支持的各位前輩、教授以及並肩工作的同事、研究生們一並表示衷心的感謝！

                                                      
孫曉瑋  

                                                   
2011年11月