随着无线通信技术和半导体工艺的飞速发展,SiGe BiCMOS工艺使得低成本、高集成度的微波单片电路成为可能。作为幅度控制电路,可变增益放大器和衰减器被广泛应用于相控阵系统中。特别的,数控衰减器具有可变增益放大器所不具备的高线性度、低功耗特性,这使得数控衰减器更加广泛的应用于相控阵系统中。本文采用Jazz公司0.18μm SiGe BiCMOS工艺,研究设计了一种10~20GHz工作频带内五位分布式数控衰减器电路。该电路的设计方法为:首先研究五个基本衰减结构电路的设计实现,将基本模块性能优化到最优,其中的基本衰减模块主要由内嵌开关式衰减结构和分布式步进衰减结构两类组成;然后将各个基本衰减模块级联实现整体的分布式衰减电路,并优化整体电路性能。本文研究过程中取得的一些研究成果包括:第一,设计实现了基于BiCMOS工艺的片上微带线结构。结合分布式衰减电路中传输线的需求,基于Jazz公司0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计实现了采用metal6作为信号层,metal1作为接地平面的片上微带线结构,且经过电磁仿真软件Sonnet验证了微带线的特性。第二,改善了整体分布式衰减电路的衰减平坦度特性。对于衰减平坦度的改善,主要从两个方面入手:(1)基本衰减模块。在内嵌开关式衰减结构中,研究了NMOS开关管的高频开关特性,通过栅极串联电阻,深N阱结构和体悬浮技术减小衰减量的波动,且呈现为随频率升高衰减量减小的趋势;在分布式步进衰减结构中,研究了传输线电长度对衰减平坦度的影响,在所需工作频段内,当传输线电长度为11.25°时,衰减曲线波动较小,且呈现随频率升高衰减量增大的趋势。(2)整体分布式衰减器电路。基于内嵌开关式衰减结构中衰减量随频率升高而减小以及分布式步进衰减结构中衰减量随频率升高而增大这两种相反的变化趋势,采用两种基本衰减结构级联的方式减小衰减量的波动,改善衰减平坦度特性。第三,实现了较小的相对相移,即实现了衰减器参考状态和衰减状态较低的相位变化。稳定的相位变化也是衰减器设计的一个需求,通过在内嵌开关式结构中引入电感型低通滤波网络减小相对相移。第四,兼顾较小芯片面积的同时,实现了较低的插入损耗。在电路结构选择上,由传输线形成的分布式步进衰减结构能够获得较低的插入损耗,但实现大衰减量时占用芯片面积较大;而内嵌开关式结构插入损耗较大,但结构紧凑,面积较小;因此,在电路结构上,小衰减模块由分布式步进衰减结构实现,大衰减量模块由内嵌开关式结构实现,这样实现较低插入损耗的同时占用较小的芯片面积。最终的仿真结果表明,在10~20GHz工作频段内,所设计的五位分布式衰减器的衰减动态范围为31dB,衰减步进长度为1dB,衰减平坦度小于0.5dB,插入损耗为5.08~6.9dB,相对相移为1°~16°,全状态输入回波损耗均大于11dB,输出回波损耗均大于12dB,15GHz频率处的输入1d B压缩点为15.19dBm,核心芯片面积为1.8×1.0mm2(不包括Pad面积),满足设计指标要求。