基于SiGe BiCMOS工艺的片上滤波器设计
- 课题研究背景及意义
无线通信，是一种利用电磁波信号在自由空间中的传播特性进行信息交换的通信方式。
近年来随着电子信息的迅猛发展，使日趋紧张的频谱资源更加凸显匮乏，虽然多种通信技术被提出及采用来缓解吉赫兹频谱资源不足的问题，但是这些技术都需要牺牲系统其它方面的性能为代价，如直流功耗増加、系统复杂度増大、系统成本上升等。这些技术都不能解决本质的问题，即可分配的有限频谱资源。因而，朝着更高频段乃至毫米波频段进军是无线通信发展的必然趋势。进入2000年之后，世界各国陆续将60GHz附近的频段开放为免许可频段，以刺激毫米波技术的发展及市场需求。由于定位为短距离通信技术，60GHz通信的典型应用包括无线个域网（WPAN）、无线高清多媒体（wireless HD）及智能家居等。60GHz通信技术具有至少5GHz的连续带宽和超过2GHz的单信道带宽，最高允许发射功率远高于其它短距离通信标准，60GHz技术的开发将有力推动家庭智能化的发展，带给人们更加便捷的家居生活。
为提高通信容量及降低相邻信道间信号串扰，对滤波器杂波抑制能力及选择性提出更高的要求，要求微波滤波器具有更紧凑的尺寸，更高的性能和更低的成本。带通滤波器在实际频率轴上提供有限传输零点，可以减少满足更严格规范所需的谐振元件的数量，并且这反过来又降低了插入损耗和制造成本。60GHz滤波器的研究具有深刻的意义。
- 课题内容概述
课题采用标准0.18mu;m SiGe BICMOS工艺，进行60GHz带通滤波器研究。
- 带通滤波器设计
带通滤波器的设计是最困难的挑战之一，需要进行一些权衡，例如插入损耗，工作带宽，阻带抑制和芯片尺寸。在片上无源器件设计方面，有几种设计方法，包括改进的传输线[1]，混合集总和分布式元件[2]，边缘耦合[3]和宽边耦合结构[4]以减少芯片带通滤波器的大小，同时保持整体所需的性能。为了进一步减小芯片尺寸，已经通过带内平坦度改善[1]，阻带抑制增强[5]和芯片尺寸小型化[4]报道了一系列工作。尽管基于带通滤波器的边缘耦合谐振器[3]具有低插入损耗，但由于边缘耦合谐振器的平面特性，其芯片尺寸很大。因此，希望同时考虑芯片尺寸和插入损耗以获得最佳性能。在课题中，提出了一种紧凑且低损耗的带通滤波器，它采用混合耦合技术，采用0.18mu;m SiGe BICMOS技术进行电容馈电。所提出的谐振器不仅提供灵活的自谐振频率（SRF）以确定传输零点（TZ），而且还提供具有超紧凑尺寸的相对低的插入损耗。这种通用电路分析和设计方法，可以预测无源结构之间的互耦行为。利用所提出的混合耦合技术，设计的带通滤波器可以在设计频率下实现三个TZ和两个TP。设计的带通滤波器的等效电路被解释为电磁和电容耦合效应[6]。
2.60GHz通信技术
60GHz通信技术具有如下特点:
一、极宽的工作频段，适合高速无线传输应用。分配更多的带宽是提高传输速率的最直接有效的方式，如前文所述，相比其它提升信道容量的技术，增加带宽不用显著加大系统的复杂度及功耗。60GHz通信技术支持数Gbit/s传输速率的能力将使很多新的无线应用成为现实；
二、传输距离短，有利有弊。由于60GHz频段处在大气衰减峰值点，只适合短距离通信，如10m以内，限制了其应用范围，但同时也带来了通信保密性高，频率复用次数增加等优点。这些特点使60GHz技术尤其适合于家庭内部的无线应用；
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