SiGe BiCMOS Monolithic Microwave Integrated Circuit Design

Vorlesung: Dr.-Ing. Sébastien Chartier
Übung: M.Sc. Burak Güven Özat

M.Sc. Elektrotechnik und Informationstechnik Universität Stuttgart
M.Sc. INFOTECH (Information Technology) Universität Stuttgart

Vorlesung:
Pfaffenwaldring 31, Campus Stuttgart-Vaihingen, Raum 2.203

Übungen:
Pfaffenwaldring 31, Campus Stuttgart-Vaihingen, Raum 2.243

Diese Vorlesung bietet eine ausführliche Beschreibung grundlegender Schaltungsarchitekturen und praktischer Designüberlegungen für analoge Frontend-Schaltungen auf Siliziumbasis, die vor allem SiGe-HBT- und BiCMOS-Technologien in modernen FMCW-Radaranwendungen (Frequency-Modulated Continuous-Wave) nutzen, darunter auch Automobilradar. Nach einer Einführung mit einem historischen Überblick, den Möglichkeiten, Anwendungen und dem Stand der Technik der SiGe-BiCMOS-Technologie und FMCW-Radarsystemarchitekturen folgt eine detaillierte Beschreibung der Front-End-Komponenten auf Siliziumbasis, einschließlich einer Analyse von Mikrowellen-Bipolartransistoren, dem Design und der Modellierung passiver Komponenten auf Siliziumsubstrat (wie Induktoren, Kondensatoren und Übertragungsleitungen) sowie das Schaltungsdesign wichtiger aktiver Blöcke wie rauscharmer Verstärker (LNA), verschiedener Mischer-Topologien, verschiedener Arten von Oszillatoren (z. B. LC-Tank und Ring) und Frequenzteilern, abschließend werden HF-Schalter, Dämpfungsglieder und Phasenschieber (Vektormodulatoren) behandelt. Diese Vorlesung ist als Fortsetzung der Vorlesung „Microwave Analog Frontend Design Teil 1” im Sommersemester gedacht, die sich auf die Theorie frequenzumwandelnder Schaltungen und deren Umsetzung in Verbindungshalbleitertechnologien konzentriert. Der Dozent behält sich das Recht vor, den Inhalt des Kurses ohne vorherige Ankündigung zu ändern.

Teil 1: Einführung
1. Historischer Überblick
2. Schaltungsfähigkeiten von SiGe BiCMOS
3. Anwendungen der SiGe BiCMOS-Technologie
4. Modernste und neuartige Demonstrator-Schaltungen

Teil 2: FMCW-Radar
1. Einführung in die Sensorik
2. Einführung in das FMCW-Radar
3. Architektur des FMCW-Radarsystems
4. Signalverarbeitung für das FMCW-Radar
5. Praktische Designüberlegungen für das FMCW-Radar
6. Fortgeschrittene Themen im FMCW-Radar
7. Fallstudien und Anwendungen
8. Zukünftige Trends in der FMCW-Radartechnologie

Teil 3: SiGe-BiCMOS-Technologie
1. Mikrowellen-Bipolartransistoren
2. Homojunction-Bipolartransistor
3. Heterojunction-Bipolartransistor

Teil 4: Passive Komponenten auf Siliziumsubstrat
1. Einführung in passive Komponenten in SiGe-BiCMOS-MMICs
2. Integrierte Induktivitäten auf Silizium
3. Integrierte Kondensatoren auf Silizium
4. Übertragungsleitungen auf Silizium
5. Koppler auf Siliziumsubstrat
6. Integrierte Baluns auf Silizium
7. Modellierungsansätze für passive Komponenten auf Silizium
8. Praktische Layout-Richtlinien und Fallstricke bei der Integration auf Silizium

Teil 5: Entwurf von rauscharmen Verstärkern
1. Einführung in LNA
2. LNA-Entwurf

Teil 6: Mischer
1. Einführung in Mischer
2. Emittergekoppelte Logik und Zwei-Quadranten-Multiplikator
3. Bildunterdrückungsmischer
4. Subharmonisch gepumpter Mischer (SHM)
5. Stromwiederverwendung und Mischer mit geringem Stromverbrauch
6. Klasse-AB-Mischer – Der Mikromischer
7. Vorwärtsgekoppelter linearisierter BJT-Mischer
8. Doppelt symmetrischer Ringdiodenmischer
9. LO-Puffer-Design und Überlegungen

Teil 7: Oszillator
1. Einführung in den Oszillator
2. Oszillationsanalyse
3. Analyse bipolarer Oszillatoren
4. Colpitts-Oszillatoren
5. Hartley-Oszillatoren
6. Andere LC-Tank-Oszillatoren
7. Kreuzgekoppelte LC-Oszillatoren
8. Ringoszillatoren
9. Push-Push-Oszillatoren
10. Quadraturoszillatoren

Teil 8: Frequenzteiler
1. Dynamische Frequenzteiler
2. Statische Frequenzteiler
3. Injektionsgesteuerte Frequenzteiler

Teil 9: Schalter, Dämpfungsglieder und Phasenschieber
1. HF-Schalter
2. Dämpfungsglieder
3. Vektormodulator