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Monolithische Mikrowellen-integrierte Schaltkreise sind integrierte Schaltkreise (IC) Geräte, die mit Mikrowellen-Frequenzen (300 MHz bis 300 GHz) arbeiten. Diese Geräte erfüllen typischerweise Funktionen wie Mikrowellenmischung, Leistungsverstärkung, rauscharme Verstärkung und Hochfrequenzschaltung. Der Ein- und Ausgang eines Single-Chip-Mikrowellenintegrationsgeräts ist in der Regel mit einer charakteristischen Impedanz von 50-Ohm abgestimmt. Dies erleichtert die Handhabung, da kaskadierte monolithische Mikrowellenintegrationsschaltungen kein externes Matching-Netzwerk benötigen. Darüber hinaus sind die meisten Mikrowellentestgeräte für den Betrieb in einer 50-Ohm-Umgebung ausgelegt.
Manchmal auch als Radio Frequency Integrated Circuit (RFIC) bekannt, ist es eine Art Hochfrequenzverstärkungsgerät, die mit der Entwicklung der Halbleiterfertigungstechnologie, insbesondere der Verbesserung des Ionendoping-Steuerniveaus und der Reife der Transistor-Selbstmontagetechnologie, entstanden ist. Bei dieser Art von Vorrichtung nimmt jeder Widerstand, der als Feedback- und DC-Bias-Komponente verwendet wird, einen Dünnfilmwiderstand mit Hochfrequenzeigenschaften an und ist zusammen mit jedem aktiven Gerät auf einem Chip verpackt, wodurch es fast keine Verbindung zwischen den Komponenten gibt, wodurch die Induktivität der Schaltung minimiert und die verteilte Kapazität minimiert wird. Daher kann es in Einzelchip-Mikrowellen-integrierten Schaltungsverstärker mit hoher Betriebsfrequenz und Bandbreite verwendet werden.
Monolithische Mikrowellen-integrierte Schaltungen sind sehr klein (von 1-Quadratmillimeter bis 10-Quadratmillimeter) und können in Massenproduktion hergestellt werden, wodurch Hochfrequenzgeräte wie Mobiltelefone beliebt sind. Monolithische Mikrowellen-integrierte Schaltungen wurden ursprünglich aus Galliumarsenid (GaAs), einer Art III-V-Verbundhalbleiter hergestellt. Verglichen mit dem traditionellen Material Silizium (Si), das zur Implementierung von ICs verwendet wird, hat es zwei grundlegende Vorteile: die Gerätegeschwindigkeit (Transistor) und das semi-isolierende Substrat. Beide Faktoren tragen zum Design von Hochfrequenzschaltungsfunktionen bei. Da jedoch die charakteristische Größe von Transistoren abnimmt, steigt die Geschwindigkeit der Si-basierten Technologie allmählich an, und jetzt kann die Si-Technologie auch zur Herstellung monolithischer Mikrowellen-integrierter Schaltungen verwendet werden. Der Hauptvorteil der Si-Technologie sind die geringeren Herstellungskosten im Vergleich zu GaAs. Der Durchmesser von Siliziumwafern ist größer, was zu geringeren Chipkosten führt, was dazu beiträgt, die Kosten für ICs zu senken.
Die Verwendung von monolithischen Mikrowellen integrierten Schaltungen
Monolithische Mikrowellen-integrierte Schaltkreise sind zu einer wichtigen Säule in der Entwicklung verschiedener High-Tech-Waffen geworden und wurden in verschiedenen fortschrittlichen taktischen Raketen, elektronischen Kriegsführung, Kommunikationssystemen, Land-, See- und luftbasierten Phased-Array-Radaren (insbesondere Luft- und Raumfahrtradaren) weit verbreitet. Sie werden auch in Mobiltelefonen, drahtloser Kommunikation, persönlichen Satellitenkommunikationsnetzen und globalen Ortungssystemen verwendet. Ein großer Markt entwickelt sich schnell in Bereichen wie Live-Satellitenempfang und Millimeterwellen automatische Kollisionsvermeidungssysteme.
Eigenschaften von monolithischen integrierten Mikrowellen-Schaltungen
1) Aufgrund der hohen Elektronenmobilität, des breiten Bandgaps, des breiten Betriebstemperaturbereichs und der guten Mikrowellenübertragungsleistung von Substratmaterialien wie GaAs und InP, haben monolithische Mikrowellenintegrierte Schaltkreise die Eigenschaften des niedrigen Schaltungsverlusts, des niedrigen Rauschens, des breiten Frequenzbandes, des großen dynamischen Bereichs, der hohen Leistung, der hohen zusätzlichen Effizienz, und starke Beständigkeit gegen elektromagnetische Strahlung.
2) Single-Chip Mikrowellen-integrierte Schaltungen haben ein flexibles Design, eine hohe Komponentendichte und wenige Leitungen und Lötstellen. Im Vergleich zu Mikrowellen-/Millimeterwellen-Schaltungen aus diskreten Komponenten oder Hybridschaltungen haben sie Vorteile wie geringe Größe, geringes Gewicht, hohe Zuverlässigkeit, breites Betriebsfrequenzband und geringer Stromverbrauch. Sie können in integrierten elektronischen Kriegsführungssystemen, luftgetragenen synthetischen Blendenradaren, Satellitenkommunikationssystemterminals und präzise geführten Munitionskontrollgeräten eingesetzt werden.
Entsprechend den Unterschieden in Herstellungsmaterialien und internen Schaltungsstrukturen können monolithische Mikrowellen-integrierte Schaltungen in zwei Kategorien unterteilt werden: eine sind MMICs, die auf Siliziumtransistoren basieren, und die andere sind monolithische Mikrowellen-integrierte Schaltungen, die auf Galliumarsenid-Feldeffekttransistoren (GaAs FETs) basieren. GaAs FET Typ monolithische Mikrowellenintegrierte Schaltungen haben die Eigenschaften hoher Betriebsfrequenz, breiter Frequenzbereich, großer Dynamikbereich und geringes Rauschen, aber sie sind teuer und haben daher wenig Anwendungen; Die integrierte Schaltung der Einzelchip-Mikrowelle des Siliziumtransistors hat eine ausgezeichnete Leistung, bequeme Verwendung und einen niedrigen Preis, wodurch sie weit verbreitet ist.
