Специалисты Инжинирингового центра изделий микро-и наноэлектроники СевГУ разработали сложно-функциональную монолитную интегральную схему (СФ МИС) для применения в отечественных СВЧ-приемниках и передатчиках с активными фазированными антенными решетками (АФАР)
Микросхема разработана для управления амплитудой и фазой сигнала (Core Chip) в диапазоне частот 4—6 ГГц на основе кремний-германиевого (SiGe) БиКМОП технологического процесса TSMC 3P6M+ с проектной нормой 180 нм.
За счет применения SiGe БиКМОП технологии производства СВЧ МИС являются более совершенным, чем используемые для приёмо-передающих модулей АФАР арсенид-галлиевые технологии, что позволяет получать существенно более высокий процент выхода годных микросхем. Высокая интеграция элементов микросхемы в кремнии позволяет более эффективно решить задачу снижения энергопотребления и охлаждения МИС, а также агрегатирования аналоговых СВЧ и цифровых блоков МИС, что позволяет уменьшить площадь кристалла. Линейные размеры топологии кристалла разработанной микросхемы составили 2,5×2,4 мм (площадь кристалла — 6 мм2), что существенно меньше площади кристаллов СФ МИС аналогов, изготовленных на основе арсенид-галлиевых технологий. Всё это сказывается на конечной стоимости системы с АФАР в сторону её снижения, что позволит вывести подобные системы на массовый рынок, расширить спектр их применения в гражданской сфере.
Ключевые особенности разработанной микросхемы включают структуру «Common leg» и схему температурной коррекции. Разработанная МИС содержит управляемые переключатели приём/передача, векторный фазовращатель, аттенюатор и усильные каскады. Входящий в состав модуля преобразователь интерфейсов (последовательного в параллельный) для управления аттенюатором, фазовращателем и переключателями значительно упрощает взаимодействие с внешним микроконтроллером. Одним из важных преимуществ разработанной микросхемы является наличие в её составе блока температурной коррекции сигналов. Это позволяет уменьшить по сравнению с аналогами значения погрешностей установления фазы и амплитуды СВЧ сигналов, непосредственно влияющих на точность формирования диаграммы направленности АФАР. При этом сохраняются сравнимые с аналогами, приемлемые для гражданских и специальных приложений характеристики приемопередающих модулей.
Инжиниринговым центром СевГУ с помощью индустриального партнера уже изготовлена опытная партия кристаллов СВЧ МИС. Проведенные зондовые измерения в целом подтверждают параметры микросхемы, значения которых позволили достичь лучших характеристик среди данного класса микросхем.
В настоящее время специалистами АО «НИИМЭ» ведется внедрение SiGe БиКМОП технологии 180 нм на базе АО «Микрон», которые заинтересовались разработкой СФ МИС Инжинирингового центра изделий микро-и наноэлектроники СевГУ. В планах АО «НИИМЭ» создание сложно-функциональных МИС X диапазона частот для спутниковых систем связи в сотрудничестве с Севастопольским государственным университетом.
СВЧ-микросхемы являются важнейшим элементом в радиолокационных системах, системах связи и телекоммуникаций двойного и гражданского назначения. В последнее десятилетие появилась тенденция применения АФАР в сегменте специальной и потребительской электроники. Так развитие беспроводных технологий L-, S- и С-диапазонов (GSM, Wi-Fi, WiMAX, LTE, перспективных сетей мобильной связи 5-го поколения (5G), спутниковой навигации и связи, коммерческих радаров) привело к необходимости создания недорогих, и в то же время высококачественных, компактных систем с электронным управлением диаграммами направленности антенн. Одним из сдерживающих факторов широкого применения АФАР является их высокая стоимость, обусловленная высокой стоимостью приёмопередающих модулей, строящихся в настоящее время российскими предприятиями преимущественно на основе арсенид-галлиевых (GaAs) СВЧ монолитных интегральных схем.
Источник информации: Пресс-офис проекта «Инжиниринг и инновации в России» Центра управления проектами в промышленности
