Switch SPDT a banda larga in GaN 2-18GHz

Anche in questo caso la cella switch a singolo FET, realizzata facendo uso della tecnica di compensazione resistivo-induttiva presentata nel sottoparagrafo 2.2.2, può essere usata sia da sola che come blocco di base. In quest’ultimo caso la cella può essere utilizzata al posto di un elemento serie semplice (dispositivo non compensato) nella classica topologia di switch a riflessione costituita da elementi serie ed elementi parallelo. Con riferimento a quest’ultima applicazione, tale cella è stata utilizzata per realizzare uno

switch di tipo SPDT (single-pole double-throw switch) a riflessione in banda 2-18 GHz

(vedere anche [5]) del quale viene mostrato lo schema in Fig. 2.4.1 ed il relativo layout in Fig. 2.4.2. Dallo schema di Fig. 2.4.1 è immediato ricavare il funzionamento dello switch che è del tutto analogo a quello già descritto nel paragrafo precedente. I dispositivi serie utilizzati hanno una periferia di 4x100 µm = 400 µm mentre i dispositivi parallelo utilizzati hanno una periferia di 3x100 µm = 300 µm.

100 Fig. 2.4.2 – Layout dello switch di tipo SPDT in banda 2-18GHz.

Come è stato fatto anche per lo switch in banda X, per verificare la criticità o meno di alcune parti del circuito stesso, è stata effettuata una cosimulazione ovvero una simulazione circuitale in cui le parti critiche sono state simulate per mezzo del simulatore elettromagnetico Momentum®. Inoltre analoghe considerazioni sono state fatte, anche in questo caso, per il dimensionamento delle reti di pilotaggio dei dispositivi.

Il die realizzato, del quale viene mostrata una microfotografia in Fig. 2.4.3, occupa un’area di 2 x 1.7 mm2_.

Di seguito verranno mostrate le prestazioni simulate e misurate dello switch. In particolare in Fig. 2.4.4 viene mostrato l’andamento della perdita di inserzione la quale si attesta al di sotto dei 2.2 dB su tutta la banda e dell’isolamento in funzione della frequenza il quale si attesta ad un valore maggiore di 25 dB su tutta la banda mentre in Fig. 2.4.5 viene mostrato l’andamento dell’adattamento sulle due porte di uno dei rami dello switch dove la porta 1 rappresenta la porta comune mentre la 2 rappresenta una delle porte di uscita. In questo caso l’adattamento in ingresso ed in uscita è sempre migliore di 10 dB.

101 Fig. 2.4.3 – Microfotografia dello switch di tipo SPDT in banda 2-18GHz compensato.

Per quanto riguarda le prestazioni in potenza sono state fatte delle misure di tipo PIN – POUT utilizzando sempre il banco di misura schematizzato in Fig. 2.3.10.

Fig. 2.4.4 – Isolamento e perdita di inserzione dello switch SPDT misurati (linea tratteggiata) e simulati (linea continua) in funzione della frequenza.

102 Fig. 2.4.5 – Adattamento su entrambe le porte di un ramo dello switch SPDT misurato (linea

tratteggiata) e simulato (linea continua) in funzione della frequenza.

In Fig. 2.4.6, Fig. 2.4.7 e Fig. 2.4.8 vengono rispettivamente riportate le misure di perdita di inserzione e di potenza in uscita a 4 GHz, 12 GHz e 15 GHz effettuate sullo switch. In particolare le curve PIN - POUT sono state ottenute fornendo in ingresso allo switch un segnale impulsato con impulso di durata 100 µs e duty cycle del 25%.

Fig. 2.4.6 – Insertion Loss (triangoli) e potenza in uscita dello switch (pallini) misurati a 4 GHz.

103 Fig. 2.4.7 – Insertion Loss (triangoli) e potenza in uscita dello switch (pallini) misurati a 12

GHz.

Fig. 2.4.8 – Insertion Loss (triangoli) e potenza in uscita dello switch (pallini) misurati a 15 GHz.

Anche in questo caso non si è riusciti a raggiungere il punto di compressione a 1 dB della curva PIN - POUT a causa di una limitazione dovuta al banco di misura. In base alle misure effettuate si può ritenere che il punto di compressione ad 1 dB si trovi oltre i 38.5 dBm di potenza del segnale in ingresso su tutta la banda di lavoro. Inoltre nel caso peggiore a 4 GHz si raggiunge una compressione di appena 0.3 dB in corrispondenza a 37.5 dBm di potenza in ingresso.

104

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