SiGe HBT ICs with High Operational to Transit Frequency Ratio: Design and Design Re-use (Tienda española)

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Die Dissertation von Sébastien Chartier untersucht die Entwicklung und Wiederverwendung hochfrequenter integrierter Schaltungen auf Basis von Silizium-Germanium-Heterobipolartransistoren (SiGe-HBT) für Anwendungen im Millimeterwellenbereich. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie leistungsfähige Schaltungen bei Betriebsfrequenzen realisiert werden können, die mehr als ein Drittel der Transitfrequenz der eingesetzten Transistoren erreichen. Gleichzeitig werden Konzepte zur Wiederverwendung bestehender Schaltungsentwürfe entwickelt, um Entwicklungszeiten und Herstellungskosten zu reduzieren. Die Untersuchungen basieren auf der SiGe2RF-Technologie von Atmel sowie der SG25H1-SiGe-BiCMOS-Technologie des IHP. Ein Schwerpunkt liegt auf der Modellierung passiver Hochfrequenzbauelemente, insbesondere dünnschichtiger Mikrostreifenleitungen und integrierter Induktivitäten auf verlustbehafteten Siliziumsubstraten. Darauf aufbauend werden verschiedene rauscharme Millimeterwellenverstärker mit Kaskodenarchitekturen entwickelt und hinsichtlich Verstärkung, Anpassung und Isolation untersucht. Weitere Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit spannungsgesteuerten Oszillatoren, deren Phasenrauschen, Ausgangsleistung und Frequenzabstimmbarkeit optimiert werden. Ergänzend wird ein breitbandiger, vollständig symmetrischer Abwärtsmischer auf Grundlage einer Gilbert-Zellen-Topologie entwickelt. Ein weiterer Schwerpunkt umfasst regenerative und statische Frequenzteiler, die durch geeignete Schaltungskonzepte hohe Teilungsverhältnisse und einen breitbandigen Betrieb ermöglichen. Die entwickelten Schaltungen werden durch Simulationen, On-Wafer-Messungen und experimentelle Charakterisierung überprüft. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei der Übertragbarkeit bestehender Schaltungsarchitekturen auf unterschiedliche Frequenzbereiche durch gezielte Anpassung passiver Komponenten. Als praktische Anwendungsfelder werden Superheterodynempfänger und Fahrzeugradarsysteme im Frequenzbereich von 77 bis 81 GHz betrachtet. Die Ergebnisse bestätigen, dass SiGe-HBT-Schaltungen auch bei hohen Verhältnissen zwischen Betriebs- und Transitfrequenz leistungsfähig arbeiten können und dass die Wiederverwendung bewährter Schaltungsentwürfe eine effiziente Entwicklung kostengünstiger Millimeterwellensysteme unterstützt.