微带芯片匹配电路设计分析

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1微带芯片互联失配的主要原因及补偿方法

对两条同宽度、间隙为0．2mm的微带线传输性能进行分析。在HFSS建立利用金丝键合实现两微带互联的模型，通过仿真发现插入损耗和回波损耗随着频率的增加而增加，在频率为25GHz处插入损耗为0．07dB，回波损耗为－17．2dB；在38GHz处插入损耗为0．2dB，回波损耗小于－14．9dB。因此微波性能的恶化主要由微带线宽度跃变引起。

1．1微带线宽度跃变的补偿方法针对于宽度跃变，RakeshChadha和K．C．Gupta提出了切角补偿法，通过自窄边向宽边方向切去部分微带线的方法对不连续性进行补偿，如图5（a）所示。利用P．C．Sharma和K．C．Gupta提出的二维微波电路的反分割方法分析了切角θ为30°、45°和60°时的补偿特性，结果表明θ＝60°时，补偿效果最佳。Malherbe和Steyn提出了边缘渐变补偿法，在宽度不同的传输线之间增加一段宽度渐变的传输线，使得两条传输线的特征阻抗连续变化，抵消不连续电容，如图5（b）所示。切角补偿法几何形状简单，但仅在一定的介电常数和阻抗比（即一定的微带宽度比）范围内有效，边缘渐变补偿法只针对于宽度跃变产生的电容效应进行了消除。在上述典型互联结构中，两种微带线宽度很大，且互联时还存在微带线间隙的不连续性、金丝寄生效应等，这两种补偿方法无法到达理想的效果。

1．2改进的失配补偿方法

微带与芯片互联后的阻抗可以表示为R＋jX（R－jX），补偿的目的则是将负载阻抗R＋jX（R－jX）变换为50Ω，实现阻抗匹配。微带电路中阻抗匹配方式主要包括分立元件匹配和微带匹配。在高频端，尤其是毫米波频段，分立元件寄生效应明显，装配时的焊锡流淌等对性能影响大且容易污染芯片，故采用微带匹配。在微带与芯片之间加一段高阻微带线，实现微带与芯片的匹配互联。

2直接互联与匹配互联的仿真与测试

目前对微带线不连续的等效电路的讨论均是在同一介质基板上，而在微带芯片互联的结构中，微带线的尺寸跳变和间隙存在于不同介质基板上，等效电路中各元件的值发生变化，且由于微带尺寸跳变、微带间隙和键合金丝的相互影响，各元件值也不同于单独的等效模型中元件值，解析方法复杂，通过仿真软件分析其特性。在HFSS中建立微带芯片直接互联和匹配互联的三维模型。GaAs芯片选用长度为1．6mm，厚度为0．102mm的50Ω直通芯片，其衬底的介电常数为12．9，50Ω微带线宽度为0．073mm，芯片压点面积约为0．1mm×0．1mm。微带基板选择微波电路中常用的RogersRT5880，厚度为0．254mm的基板，其介电常数为2．2，50Ω微带线宽度为0．76mm。用两根直径为25μm、跨度为0．35mm、拱高为0．1mm的金丝键合在微带与芯片之间，保证可靠互联的同时实现良好的微波传输性能。由于无法建立简单的匹配电路实现全频带内的匹配，对25～30GHz内的匹配电路进行了设计，通过优化确定高阻微带线的宽度为0．3mm，长度为3．35mm。对直通微带和加入高阻线的微带进行加工并制作实物，如图7所示，其中上侧为直接互联，下侧为匹配互联。在25～30GHz频率范围内的仿真结果表明，匹配互联回波损耗小于－20dB，相对于直接互联减小了9dB以上；插入损耗小于0．1dB，相对于直接互联减小了0．4dB左右。实物测试结果插入损较大的原因是未减去接头和微带线的传输损耗。实测结果趋势与仿真结果吻合，表明此补偿方法是有效的。进一步的仿真可以发现，减小高阻微带线的长度能实现更高频率的匹配互联，采用多枝节匹配方式能实现较宽带匹配，但是匹配电路尺寸将会增加。

3结论

对微带芯片互联产生失配的机理进行了分析，分析了产生失配的主要原因。通过研究传统的补偿方法发现其不足，采用了高阻微带线进行了互联匹配设计的方案。对高阻微带线的宽度和长度进行仿真优化并进行实物加工，表明合适的高阻微带线宽度和长度能实现一定频带内的匹配。

作者：刘娟 钱兴成 朱臣伟 单位：南京电子器件研究所