Schaltungsdesign und Bauelementmodellierung

GaN-HEMT MMICs

Am FBH werden Schaltungen für Frequenzen bis ins X-Band mit Hilfe des koplanaren GaN-HEMT-Prozesses realisiert. Der Schwerpunkt liegt auf Leistungsverstärkern, sowohl in konventioneller Topologie als auch auf Basis neuartiger Konzepte wie digitalen Leistungsverstärkern, wie sie für Klasse-D und Klasse-S-Architekturen benötigt werden.

Über die Modellierung der aktiven Elemente hinaus ist die präzise Beschreibung der passiven Komponenten entscheidend. Deshalb wurde eine koplanare Bauelementbibliothek entwickelt, die die üblichen Diskontinuitäten und Verzweigungen umfasst (T-Verzweigung, Luftbrücken,…). Die Modelle werden mit Hilfe von elektromagnetischen Simulationen hergeleitet und über Messungen verifiziert.

InP-DHBT MMICs für mm-Wellen und Sub-THz-Frequenzen

Für die Schaltungen für den Frequenzbereich vom W-Band bis in den 250 GHz-Bereich wird der am FBH entwickelte InP-DHBT-Transfersubstrat-Prozess herangezogen. Dazu werden zwei verschiedene Varianten für die Schaltungsrealisierung genutzt, zum einen eine Version auf AlN-Substrat, zum anderen eine InP-auf-BiCMOS-Variante, die die Integration von InP-HBT- mit BiCMOS-Schaltungen auf demselben Chip ermöglicht. Die Arbeiten am FBH zielen in erster Linie auf Quellen, d.h. Leistungsverstärker, Vervielfacher und Oszillatoren.

Transistormodellierung

Die genaue Beschreibung der aktiven Elemente ist Voraussetzung für den erfolgreichen Schaltungsentwurf. Die Forschungsarbeiten zu Transistormodellen am FBH decken alle erforderlichen Typen ab, die für die oben erwähnten Schaltungskomponenten bzw. die diskreten Transistoren benötigt werden:

  • Ein GaN-HEMT-Großsignalmodell für MMICs bis zum X-Band sowie für diskrete Leistungstransistoren im Bereich 1…3 GHz. Letzteres beinhaltet die vollständige elektro-thermische Großsignal-Beschreibung eines Power-Bar im Gehäuse, wie sie für die Analyse von Multi-Zellen-Hochleistungstransistoren benötigt wird.
  • Ein HBT-Modell für den W-Band InP-DHT-Prozess. Dieses Modells war ursprünglich am FBH für GaAs-HBTs entwickelt worden und ist seitdem für verschiedene HBT-Varianten in Gebrauch, auch bei externen Partnern. Details siehe HBT-Modellierung.