MMIC 单片微波集成電路-----陳友祥 ( 中無通訊 第98期 )

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                     MMIC 单片微波集成電路
            Monolithic Microwave Integrated Circuit
  
       高頻放大，產品工作頻率越來越高，確實令設計工程師傷透腦筋，頻率越高，電感值越來越小，從 AM 天線線圈 100 圈，到 FM 的四圈半，到微波的一小段導線，發燒友都曾試過，做放大器變了振盪器，做振盪器偏偏唔起振，加上陶瓷電容與半導體的溫度效應，烙鐵焊過的高溫造成假像，左改右改，百思不得其解，飲完杯咖啡再來，竟然一切正常。

       工藝技術提昇，八十年代，矽晶體管工作頻率已超越 2 GHz，平面封裝 SMD 縮小了零件體積，縮短了導線長度，有利高頻產品，只是亦有極限，今天使用矽鍺結合的 SiGe 矽鍺晶體管，如 Infineon BFP840 的截止頻率 fT 是  80 GHz。

    MMIC ( Monolithic microwave integrated circuit ) 單片微波集成電路，整個電路縮入 IC 裡，使用高電子遷移率晶體管 HEMT ( high-electron-mobility transistor )，結合高頻物料，如：砷化鎵 GaAs ( Gallium arsenide )、磷化銦 InP (Indium phosphide)、矽鍺 SiGe ( silicon-germanium )、氮化鎵 GaN ( Gallium nitride )。異質介面雙極電晶體技術 HBT ( Hetero-junction Bipolar Transistor在晶體管射極用上四層不同物料 )，提高了頻帶寬，減少了噪音，也提高了穩定度，標稱頻率範圍內放大器增益十分平均，如 BGA2800 於 250 MHz 是 19.9 dB，950 MHz 是 20.5 dB，2150 MHz 是 20.2 dB，更有產品是 DC ~ 40 GHz，50 GHz ~ 95 GHz...。

      微波泛指 300 MHz 以上，至 300 GHz 頻段，用途廣泛，廣播、通訊、醫療、監控、自駕車雷達...

      微波電磁場，已知對人體健康有影響，因此有關行業員工須要定期檢查身體，各國對發射功率有嚴格規定，建議裝製發射機時做好安全措施，以免損害自己及附近人仕。

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                                     圖一輯自 Infineon 公司技術資料         

圖一 Infineon BFP840 高頻 HBT 晶體管，SOT343 塑料平面封裝，尺寸 2.1 x 2 x 0.9mm規格： Vce 2.25 V，Ic 35 mA，截止頻率 fT  80 GHz，直流放大系數 hFE 260 ( 1.8V 10mA ) 噪聲系數 NF (Noise firure) 0.85 dB ( at 5.5 GHz, 1.8V, 10mA )

                                    
                                     圖二 (顯微鏡尺寸)
                                    
                                    

圖二，圖三 NXP 公司的 BGA2800 寬頻放大器，6-pin SOT363 塑料平面封裝，尺寸 2.2 x 1.35 x 1.1mm規格： Vcc = 3.3 V，Icc = 10.5 mA，匹配阻抗 50 Ω，工作頻寬 DC ~ 2.2 GHz，平均增益 20 dB ( f = 2150 MHz )，噪聲系數 NF (Noise firure) 少於 4 dB ( at 950 MHz )，輸出功率 - 1 dBm ( at 1 dB gain compression )。

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圖四 Mini-Circuits 公司的 MAR- 6SM+ 寬頻放大器，4-Micro-X 塑料平面封裝，規格： Vcc = 3.5 V，Icc = 16 mA，匹配阻抗 50 Ω，工作頻寬 DC ~ 2 GHz，平均增益 20 dB ( f = 2 GHz )，噪聲系數 NF (Noise firure) 2.3 dB ( at 0.5 GHz )輸出功率 + 3.7 dBm ( at 1 dB gain compression )。

                                             

                                             

圖五、六 MAR- 6SM+ 內部原理圖、應用接線圖，兩個 NPN 晶體管組成達靈頓放大器，採用 磷化銦鎵 InGaP HBT 工藝，改變輸出端串聯電阻可配合不同工作電壓 。