微帶芯片匹配電路設計分析
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了微帶芯片匹配電路設計分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
對兩條同寬度、間隙為0．2mm的微帶線傳輸性能進行分析。在HFSS建立利用金絲鍵合實現兩微帶互聯的模型，通過仿真發現插入損耗和回波損耗隨著頻率的增加而增加，在頻率為25GHz處插入損耗為0．07dB，回波損耗為－17．2dB；在38GHz處插入損耗為0．2dB，回波損耗小于－14．9dB。因此微波性能的惡化主要由微帶線寬度躍變引起。
1．1微帶線寬度躍變的補償方法針對于寬度躍變，RakeshChadha和K．C．Gupta提出了切角補償法，通過自窄邊向寬邊方向切去部分微帶線的方法對不連續性進行補償，如圖5（a）所示。利用P．C．Sharma和K．C．Gupta提出的二維微波電路的反分割方法分析了切角θ為30°、45°和60°時的補償特性，結果表明θ＝60°時，補償效果最佳。Malherbe和Steyn提出了邊緣漸變補償法，在寬度不同的傳輸線之間增加一段寬度漸變的傳輸線，使得兩條傳輸線的特征阻抗連續變化，抵消不連續電容，如圖5（b）所示。切角補償法幾何形狀簡單，但僅在一定的介電常數和阻抗比（即一定的微帶寬度比）范圍內有效，邊緣漸變補償法只針對于寬度躍變產生的電容效應進行了消除。在上述典型互聯結構中，兩種微帶線寬度很大，且互聯時還存在微帶線間隙的不連續性、金絲寄生效應等，這兩種補償方法無法到達理想的效果。
1．2改進的失配補償方法
微帶與芯片互聯后的阻抗可以表示為R＋jX（R－jX），補償的目的則是將負載阻抗R＋jX（R－jX）變換為50Ω，實現阻抗匹配。微帶電路中阻抗匹配方式主要包括分立元件匹配和微帶匹配。在高頻端，尤其是毫米波頻段，分立元件寄生效應明顯，裝配時的焊錫流淌等對性能影響大且容易污染芯片，故采用微帶匹配。在微帶與芯片之間加一段高阻微帶線，實現微帶與芯片的匹配互聯。
2直接互聯與匹配互聯的仿真與測試
目前對微帶線不連續的等效電路的討論均是在同一介質基板上，而在微帶芯片互聯的結構中，微帶線的尺寸跳變和間隙存在于不同介質基板上，等效電路中各元件的值發生變化，且由于微帶尺寸跳變、微帶間隙和鍵合金絲的相互影響，各元件值也不同于單獨的等效模型中元件值，解析方法復雜，通過仿真軟件分析其特性。在HFSS中建立微帶芯片直接互聯和匹配互聯的三維模型。GaAs芯片選用長度為1．6mm，厚度為0．102mm的50Ω直通芯片，其襯底的介電常數為12．9，50Ω微帶線寬度為0．073mm，芯片壓點面積約為0．1mm×0．1mm。微帶基板選擇微波電路中常用的RogersRT5880，厚度為0．254mm的基板，其介電常數為2．2，50Ω微帶線寬度為0．76mm。用兩根直徑為25μm、跨度為0．35mm、拱高為0．1mm的金絲鍵合在微帶與芯片之間，保證可靠互聯的同時實現良好的微波傳輸性能。由于無法建立簡單的匹配電路實現全頻帶內的匹配，對25～30GHz內的匹配電路進行了設計，通過優化確定高阻微帶線的寬度為0．3mm，長度為3．35mm。對直通微帶和加入高阻線的微帶進行加工并制作實物，如圖7所示，其中上側為直接互聯，下側為匹配互聯。在25～30GHz頻率范圍內的仿真結果表明，匹配互聯回波損耗小于－20dB，相對于直接互聯減小了9dB以上；插入損耗小于0．1dB，相對于直接互聯減小了0．4dB左右。實物測試結果插入損較大的原因是未減去接頭和微帶線的傳輸損耗。實測結果趨勢與仿真結果吻合，表明此補償方法是有效的。進一步的仿真可以發現，減小高阻微帶線的長度能實現更高頻率的匹配互聯，采用多枝節匹配方式能實現較寬帶匹配，但是匹配電路尺寸將會增加。
3結論
對微帶芯片互聯產生失配的機理進行了分析，分析了產生失配的主要原因。通過研究傳統的補償方法發現其不足，采用了高阻微帶線進行了互聯匹配設計的方案。對高阻微帶線的寬度和長度進行仿真優化并進行實物加工，表明合適的高阻微帶線寬度和長度能實現一定頻帶內的匹配。
作者：劉娟 錢興成 朱臣偉 單位：南京電子器件研究所