具有低雜訊及寬頻率調整範圍之射頻振盪器使用矽基板氮化鎵高電子遷移率電晶體技術

此一年期新進人員計畫是利用長庚大學電子系目前正在持續研究開發中的氮化鎵高遷移率電晶體積體化電路(GaN-HEMT based MMIC)設計技術，配合既有的高頻與高功率相關半導體元件的製作與電磁模擬設計經驗，來完成設計製作一適合 S band 與 C band 無線通訊系統操作使用的高效率振盪器電路以及較寬頻率可調範圍振盪電路，並將其達到其大寬頻、高轉換效率、低輸出相位雜訊及較大輸出功率等高效能特性，藉以後續於行動通訊系統之傳送/接收電路的積體化目的。此開發的電路使用了兩種高輸出功率的振盪器架構，透過對於高效率功率放大器以及寬頻功率放大器的特性探討，先行實現兩種功率放大器的最佳化設計，在調配適當的晶片內部或是外部調整的回授網路下，基於高效率功率放大器下可設計一具有提升直流-射頻轉換效率的 2.4 GHz 與 5.2 GHz 振盪電路，規劃設計其輸出功率可達 30 dBm，轉換效率可達 40 %以上；此外，透過一寬頻功率放大器的架構，亦可實現一具有寬廣頻率調整範圍特性的振盪器電路，預期頻率範圍為 1 GHz 至 5 GHz，輸出功率可大於 25 dBm。 在計畫中已先行使用氮化鎵於矽基板(GaN-on-Si)製程開發出具有 I/Q 相位特性的 5.7 GHz 環型振盪器積體電路，在不使用輸出緩衝器電路下測試的振盪輸出功率可達 10 dBm，相位雜訊可達-116 dBc/Hz@ 1 MHz，在透過注入式鎖態技術的操作下，相位雜訊特性可改善至-131 dBc/Hz@ 1 MHz。為了執行此計畫所提出的構想，亦先行設計並確認高效率功率放大器以及寬頻放大器的相關特性；在高效率功率放大器設計上使用了串疊型式(cascode type)架構，其操作頻率為 3.5 GHz，最大輸出功率可達4 W 的，最大功率附加效率為 47 %；而在寬頻放大器設計上使用了達靈頓(Darlington type)電路架構，其操作頻率為 1~5 GHz，最大功率功率可達 1 W。基於目前累積的氮化鎵製程以及積體化電路設計相關經驗，相信能夠勝任並完成計畫所需的技術與能力。

系統編號:PB10207-1792
原計畫編號:NSC102-2221-E182-070