Chất nền IC - Mạch tích hợp vi sóng nguyên khối

Một mạch tích hợp vi sóng nguyên khối là một thiết bị mạch tích hợp (IC) hoạt động ở tần số vi sóng (300 MHz đến 300 GHz). Các thiết bị này thường thực hiện các chức năng như trộn vi sóng, khuếch đại công suất, khuếch đại tiếng ồn thấp và công tắc tần số cao. Đầu vào và đầu ra trên một thiết bị vi sóng tích hợp nguyên khối thường phù hợp với trở kháng đặc trưng 50 ohm. Điều này làm cho chúng dễ sử dụng hơn vì các mạch tích hợp vi sóng đơn khối xếp tầng không yêu cầu mạng phù hợp bên ngoài. Ngoài ra, hầu hết các thiết bị kiểm tra vi sóng được thiết kế để hoạt động trong môi trường 50 ohms.

Đôi khi còn được gọi là mạch tích hợp tần số vô tuyến (RFIC), là một thiết bị khuếch đại tần số cao xuất hiện với sự phát triển của công nghệ sản xuất chất bán dẫn, đặc biệt là mức độ điều khiển doping ion tăng lên và sự trưởng thành của công nghệ tự lắp ráp transistor. Trong loại thiết bị này, mỗi điện trở được sử dụng như một thành phần phản hồi và DC offset sử dụng một điện trở màng mỏng với các đặc tính tần số cao và được đóng gói trên một chip với mỗi thiết bị hoạt động sao cho hầu như không có kết nối giữa các thành phần, do đó giảm thiểu điện cảm của mạch và giảm thiểu điện dung phân phối. Do đó, nó có thể được sử dụng cho bộ khuếch đại vi sóng tích hợp vi sóng một mảnh với tần số hoạt động cao và băng thông cao.

Mạch tích hợp vi sóng nguyên khối có kích thước nhỏ (từ 1 đến 10 mm vuông) và có thể được sản xuất hàng loạt, làm cho các thiết bị tần số cao như điện thoại di động trở nên phổ biến. Mạch tích hợp vi sóng nguyên khối ban đầu được sản xuất bằng cách sử dụng gallium arsenide (GaAs), một chất bán dẫn hợp chất nhóm III-V. Nó có hai ưu điểm cơ bản so với silicon (Si), vật liệu truyền thống được sử dụng để đạt được IC: tốc độ thiết bị (bóng bán dẫn) và chất nền bán cách nhiệt. Cả hai yếu tố này góp phần vào việc thiết kế các chức năng mạch tần số cao. Tuy nhiên, tốc độ của công nghệ dựa trên silicon dần tăng lên khi kích thước đặc trưng của bóng bán dẫn giảm, và bây giờ công nghệ silicon cũng có thể được sử dụng để tạo ra các mạch tích hợp vi sóng nguyên khối. Ưu điểm chính của công nghệ Si so với GaAs là chi phí sản xuất thấp hơn. Các tấm silicon có đường kính lớn hơn, do đó làm giảm chi phí chip, giúp giảm chi phí của IC.

Các ứng dụng của Monolithic Microwave Integrated Circuit

Mạch tích hợp vi sóng một mảnh đã trở thành trụ cột quan trọng trong việc phát triển nhiều loại vũ khí công nghệ cao, được sử dụng rộng rãi trong các loại tên lửa chiến thuật tiên tiến, tác chiến điện tử, hệ thống thông tin liên lạc, radar mảng pha trên bộ, trên biển và trên không (đặc biệt là radar trên không và trên không). Chúng cũng được sử dụng trong điện thoại di động, truyền thông không dây, mạng liên lạc vệ tinh cá nhân và hệ thống định vị toàn cầu. Trong các lĩnh vực như thu vệ tinh thời gian thực và hệ thống tránh va chạm tự động sóng milimet, một thị trường khổng lồ đang phát triển nhanh chóng.

Các tính năng của Monolithic Microwave Integrated Circuit

1) Do các vật liệu nền như GaAs và InP có độ di chuyển điện tử cao, khoảng cách băng thông rộng, phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng và hiệu suất truyền vi sóng tốt, mạch tích hợp vi sóng đơn chip có các đặc tính mất mạch thấp, tiếng ồn thấp, băng tần rộng, dải động lớn, công suất cao, hiệu quả gia tăng cao, và sức đề kháng mạnh với bức xạ điện từ.

2) Thiết kế mạch tích hợp vi sóng nguyên khối linh hoạt, mật độ thành phần cao, ít chì và điểm hàn. Chúng có lợi thế về kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, độ tin cậy cao, băng thông tần số hoạt động và tiêu thụ điện năng thấp hơn so với các mạch sóng vi sóng/milimet được làm từ các yếu tố tách biệt hoặc mạch lai. Chúng có thể được sử dụng để tích hợp các hệ thống tác chiến điện tử, radar khẩu độ tổng hợp trên không, thiết bị đầu cuối của hệ thống liên lạc vệ tinh và thiết bị điều khiển đầu cuối đạn dược dẫn đường chính xác.

Tùy thuộc vào sự khác biệt trong vật liệu sản xuất và cấu trúc mạch bên trong, mạch tích hợp vi sóng đơn chip có thể được chia thành hai loại: MMIC dựa trên bóng bán dẫn silicon và mạch tích hợp vi sóng đơn chip của bóng bán dẫn hiệu ứng trường gallium arsenide (GaAs FET). Loại GaAs FET Monolithic Microwave IC có tần số hoạt động cao, dải tần số rộng, dải động lớn và tiếng ồn thấp, nhưng đắt tiền và ít ứng dụng hơn; Silicon Transistor Monochip Microwave Integrated Circuit có hiệu suất tuyệt vời, dễ sử dụng, giá thấp và được sử dụng rộng rãi.