杨实 方家兴

（南通至晟微电子技术有限公司 江苏省南通市 226000）

1 介绍

目前，一些用于5G 通信的单片微波集成电路（MMIC）已经在Ka 波段得到了实现，因为Ka 波段的频率具有短波长、千兆位数据传输等优点。极高的工作频率对系统和电路设计提出了重大挑战。与低频情况类似，最关键的电路元件之一是功率放大器（PA）。在毫米波时，功率损耗、对元件公差的敏感度以及晶体管技术的物理局限性使得功率放大器的设计比低频更具挑战性。另外，毫米波5G 终端有低功耗、低噪声、高线性度和低成本的要求，因此GaAs E-pHEMT 成为毫米波5G 终端合适的工艺选择之一[1]-[6]。

毫米波封装后的产品电特性与封装前的MMIC 相比有很大变化，需尽量减小封装的寄生效应，并在设计时将封装引起的寄生考虑进去。之前已经一些研究小组报告了在高达Ka 波段的频率下工作的封装MMIC，基于QFN 或陶瓷封装[7]-[10]。QFN 塑封对毫米波PA 的性能影响很大，而陶瓷封装成本过高。本文采用多层基板嵌铜工艺再进行塑封，在保证产品毫米波性能的同时控制封装成本。

2 放大器电路设计

图1显示了我们设计的中功率放大器的原理图。为了获得高增益，放大器采用三级级联，以获得超过18 dB 的增益。第一级管子尺寸为4×25um（Q1），第二级管子尺寸为4×50um（Q2），第三级管子尺寸为8×50um（Q3），以实现P-1 大于18dBm，PAE-1 大于25%。

2.1 0.15um 增强型pHEMT工艺

增强型pHEMT 提供与传统耗尽型pHEMT 相比，有单电源供电、直流功耗低、高线性度，噪声系数低等优点[11]。0.15μm 增强型pHEMT 器件的截至频率fT约为85GHz，最大震荡频率fmax约为155GHz，最大跨导Gm 约为1000ms/mm，标称漏极电压Vdd 为4V[12]。……