论文总字数：2013字

项目设计报告

目录

第一部分: 引言

本报告基于 IBM 8HP 0.13µm SiGe BiCMOS 工艺，设计 Ka 波段（32GHz- 38GHz）可调移相器，下文分别给出了设计指标，设计电路，仿真结果以及测试方案，最后讨论了优化的仿案。

第二部分: 技术指标

工作频率：32-38GHz； 移相精度：5bit；

相位调整范围：0-360°；

第三部分: 移相器电路设计方案

该移相器整体设计方案如下：

图 1 5 级无源移相器架构

此 Ka 波段无源相移器使用 IBM130nm BiCMOS 工艺设计。电路原理图如图1，由 5 级相移级构成，分别实现 180°, 90°, 45°, 22.5° 以及 11°相移。相位级采用集总电感电容元器件设计，通过 MOS 开关选通或旁路相应集总元器件得到相应相移。180°相移级由两级基于电感的 T 型 90°相移级组成，在实现大范围（180°）相移的同时，兼顾相移精度和实现面积，如图 2。电感使用对称差分电感器件，有助于减少将版图引入的寄生。

图 2 180° 相移级电路原理图

90°相移级，45°相移级以及 22.5°相移级采用电容和电感的 T 型相移结构，如图 3，通过 MOS 开关选通或旁路相应集总元器件得到相应相移。11°相移级使用数控状态下的变容管提供相移，同时也可以通过调整变容管电压细调此相移级，以便补偿整体相移偏差，如图 4。

图 3 90° 相移级，45°相移级和 22.5°相移级电路原理图

图 4 11°相移级电路原理图

所涉及到的器件设计值见表 1.

表 1. 此相移器中所使用的元件值

该移相器的版图如下：

图 5 相移器电路版图

第四部分：仿真结果

相移器的相移性能通过仿真 S₂₁ 参数的相位得到。如图 6，在其它控制位全零情况下，180°相移级在 35GHz 频率处的相移为 177°。由于考虑到其它控制位不全零情况下，级间状态有所改变，从而使 180°相移级负载改变而引入额外相位偏差，因此为平衡各个控制状态下的相位偏差，此级未设计至 180°相移。

图 6 180°相移级电路的相位仿真结果

图 7 90°相移级电路的相位仿真结果

如图 7，在其它控制位全零情况下，90°相移级在 35GHz 频率处的相移为

92°。同样，为平衡各个控制状态下的相位偏差，此级未设计至 90°相移。同样的，

45°相移级和 22.5°相移级在 35GHz 频率处的相移分别为 44.8°和 22.6°， 如图 8 和图 9。

图 8 45°相移级电路的相位仿真结果

图 9 22.5°相移级电路的相位仿真结果

如图 10，在其它控制位全零情况下，11°相移级数控状态下(即 0V 和 1.2V 分别对应的 0 和 1 状态),在 35GHz 频率处的相移为 10.9°。此外，如上节所提到，11° 相移级因使用变容管，除使用数控状态相移外，还可以通过调谐变容管电压提供相位细调补偿。若压控端输入 1.2V 到 3.3V 调谐，此相移级还可以提供 5.2°的额外相移，如图 11。

图 10 11°相移级电路数控状态下的相位仿真结果

图 11 11°相移级电路 1.2V-3.3V 电压调谐下所提供的额外相位仿真结果

图 12 相移器级数控模式下相位仿真结果

由于基于集总元件 T 型相移结构在大带宽下比较难提供多于 180°的相移，此宽带(17%)相移器在数控状态下(即 0V 和 1.2V 分别对应的 0 和 1 状态) ，在 35GHz 频率处可覆盖 366°相移范围，最大相移偏差 17°，如图 11。此相位偏差完全可以通过 11°相移级使用调谐电压提供相位补偿。

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