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RFIC芯片的测试与设计验证

范海鹃;王志功;周建冲;李智群

【摘要】射频芯片(RFIC)的性能极易受到键合线、外围元件与电路等片外因素的影响,通常一款商用射频芯片的设计需要经过从初始芯片设计、芯片测试验证、修正芯片设计的多轮反复过程.因此射频芯片在设计时就需要对IC电路、键合和片外元件电路进展综合考虑.依据这一特点,结合相关芯片的实践阅历,争论射频芯片测试与验证的一般方法和阅历技巧,对RFIC的设计具有有用价值.

【期刊名称】《现代电子技术》

【年(卷),期】2023(029)024

【总页数】3页(P154-156)

【关键词】芯片测试;键合;RFIC;设计验证

【作者】范海鹃;王志功;周建冲;李智群

【作者单位】东南大学,射频与光电集成电路争论所,江苏,南京,210096;东南大学,集成电路学院,江苏,南京,210096;东南大学,射频与光电集成电路争论所,江苏,南

京,210096;东南大学,射频与光电集成电路争论所,江苏,南京,210096;东南大学,射频与光电集成电路争论所,江苏,南京,210096;东南大学,集成电路学院,江苏,南

京,210096

【正文语种】中文

【中图分类】TN407

射频芯片RFIC的设计过程不仅要依据芯片技术性能以及市场的需求选择适宜的工艺，而且要考虑RFIC在应用过程中芯片键合、外围元件与电路等这些敏感的片外因素对芯片实际性能的影响。通常一款商用射频芯片的设计需要经过从初始芯片设计、测试验证、修正芯片设计的多轮反复过程。依据这一特点，结合相关芯片的实践阅历，本文争论了射频芯片测试与验证的一般方法和阅历技巧，对RFIC的设计具有有用价值。

1芯片设计

由于射频电路通常应用于高频、大功率、低噪声及高线性要求的场合，器件物理层的各种寄生效应、分布效应的影响不行无视，因此给芯片设计带来了众多的难题，需要在设计的各环节进展综合考虑。以射频放大器的芯片电路设计为例，常规的设计流程如图1所示。

首先明确系统要求，主要是指工作频率及带宽、功率增益及增益平坦度、输入/输出功率、输入/输出反射、噪声系数、线性与谐波、效率与功耗等技术参数，将这些参数作为设计目标输入设计系统。接下来，依据这些设计要求选择适宜的制造工艺和相应的器件模型，此时不仅要考虑技术因素，而且还要考虑综合性价比等市场因素。之后就进入常规的前端原理设计与仿真、后端幅员设计与后仿真的IC设计流程。需要着重指出的是，不能把前端和后端设计割裂开来进展。这是由于后端物

理层设计中的制造工艺参数以及电性能参数会对芯片技术指标的实现产生各种影响，因此需要把两者纳入统一的优化流程,进展屡次的设计修改循环。

图1射频芯片设计流程

图2为一个由三级放大器组成的3.5GHz1W射频功放MMIC的电路原理框图，承受0.35μm_SiGe_BiCMOS_HBT制造工艺，虚线框内的是芯片内部电路。

图2中的电感L1,L5用于输入/输出匹配网络，电感L2,L3,L4用于各级集电极馈电

及级间匹配，而Lgnd1,Lgnd2,Lgnd3是各级的放射极键合线电感。使用键合线电

感的优点是Q值高，缺点是电感值精度难以掌握；而片内电感一般Q值做不高，且可选择的电感值也格外受限，为此该设计按图2进展片外片内电路的划分。同时设计过程中还需要将两者进展统一的优化，优化过程中键合线的设计及外电路设计与测试成为影响电路最终性能的重要环节。

图23.5GHz_1W_PA_MMIC电路原理框图2芯片键合设计

键合线的选择

常规的键合线(Bond-wire)有金线型和金带型，在ADS的EDA环境下有图3所示的2种键合线模型。各参数的定义见注释。标准的金线直径为0.7～2mil,常用金带宽度为5～8mil。

图3ADS中的键合线模型

设计中需要依据所需的电感量和所通过的电流大小选择键合线类型，在此设计中L1用于输入阻抗匹配、L2，L3用于直流偏置和级间匹配，承受金线或多条金线键合；而第三级集电极电流到达600mA，因此L4用金带键合；输出端的功率接近1W，因此L5也承受金带键合；放射级电感的存在会减小电路增益，为了减小芯片中三级放大器放射极的键合线电感，Lgnd1,Lgnd2,Lgnd3均承受金带键合。

键合工艺的实现

选取键合线类型后，结合电路所需和实际工艺可实现的条件设定各金线或金带的参数代入原理电路图进展仿真。由于此次加工的SiGe芯片未进展减薄处理，芯片厚度到达750μm，假设芯片直接放到PCB板上进展键合会导致引线过长、电感量过大，而无法到达设计要求，因此可以考虑在PCB板上开槽让芯片下沉再进展键合以减小键合线