Лаборатория проектирования радиочастотных интегральных схем и систем на кристалле (ЛПРИСиСНК)

Руководитель: Коколов Андрей Александрович, кандидат технических наук

Год создания лаборатории: 2022

Описание лаборатории

Лаборатория создана в рамках гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации «Создание новых лабораторий, в том числе под руководством молодых перспективных исследователей» национального проекта «Наука и университеты».

Объектами исследований лаборатории являются сложно-функциональные блоки (СФБ) аналоговых многофункциональных ИС- и СВЧ-монолитные интегральные схемы (МИС) для приёмопередатчиков, а также полупроводниковые технологии для их изготовления.

Тематика лаборатории

Проведение комплекса исследований, направленных на разработку на основе отечественных кремниевых и А3В5-технологий комплектов сложно-функциональных блоков (СФБ) радиочастотных (РЧ) аналоговых многофункциональных ИС- для СВЧ-приёмопередатчиков в частотных поддиапазонах L, S и Ku для систем связи, радиолокации, АФАР, телекоммуникаций и др., а также комплектов СФБ трансимпедансных усилителей и драйверов модуляторов для оптических приёмопередатчиков СВЧ-радиофотонных систем с полосой до 20 ГГц и систем передачи данных со скоростями 12 Гбит/с и 25 Гбит/с.

Результаты по тематике исследования, полученные за время работы лаборатории

Промежуточный отчёт о НИР за 2022 год включает в себя постановку решаемых проблем, технические характеристики требуемых ИС и СФБ, обзор и выбор технологий изготовления, результаты разработки и моделирования, а также методики проектирования, СВЧ-интегральных схем и СФБ на основе отечественных технологий. В результате были разработаны

1. СФ-блоки сверхширокополосных трансимпедансных усилителей и драйверов на основе КМОП или GaAs технологий для оптических систем передачи данных до 12 Гбит/с и 25 Гбит/с, а также для РЛС на базе радиофотоники;
2. Методика автоматизированного синтеза принципиальных схем широкополосных ТИУ.

При работе над проектом в 2023 году были получены следующие основные научные и технические результаты:

1. Проведена классификация современных подходов для построения моделей активных и пассивных элементов СВЧ МИС, приведено описание отечественной 180 нм КМОП технологии и ЭМ подложки для моделирования распределенных пассивных элементов, рассмотрены вопросы построения распределенных моделей линий передач на основе ЭМ моделирования и в виде RLGC-модели, катушки индуктивности на основе ЭМ моделирования и искусственной нейронной сети (ИНС), а также вопросы построения моделей симметрирующих устройств для S- и Ku-диапазона.
2. Разработаны методики и алгоритмы для экстракции параметров моделей пассивных сосредоточенных элементов в виде ЭС.  Получены аналитические выражения и алгоритмы для расчета параметров ЭС пассивных сосредоточенных элементов, а также для малосигнальной ЭС модели СВЧ транзистора в переключательном режиме.
3. Проведена разработка СФ-блоков на основе отечественных 180 нм КМОП и 0,5мкм GaAs технологиях. В ходе работ был разработан комплект СВЧ МИС и СФБ-блоков для S-диапазона частот (ФВ, ЦАТТ, БУ, SPDT переключатель, цифровой интерфейс I2C и др.). Требования к техническим характеристикам разработанных СФ-блоков были предоставлены Индустриальным Партнером в НТО за первый этап по настоящей работе.
4. Разработана принципиальная схема и топология СВЧ МИС МШУ Ku-диапазона на основе отечественной 0,25 мкм GaAspHEMT технологии. Разработанный МШУ в полосе пропускания обладает коэффициентом усиления GT = 28±0,5 дБ, коэффициент шума NF < 2,2 дБ, согласование по входу и выходу не хуже -12 дБ, напряжение питания 3 В, ток потребления 140 мА. СВЧ МИС МШУ реализован с автосмещением, т.е. не требуется отрицательного напряжения на затворы транзисторов. Размеры топологии составляют 2,7×1,5 мм2. Проведен системный анализ и построены модели приемного и передающего тракта Ku-диапазона.
5. Предложена методика исследования и проектирования широкополосных СВЧ ТИУ, основанная на совместном применении компьютерного символьного анализа и линейных моделей КМОП-транзисторов в виде ЭС. Методика дает возможность исследовать с помощью полученных выражений влияние различных параметров схемы и получить рекомендации для расчета ТИУ. Исследованная схема входного каскада ТИУ с общей ООС была нами применена в практической разработке ИС ТИУ для оптического приемника со скоростью передачи не менее 5-10 Гбит/с с использованием отечественной КМОП-технологии.

Защищены диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук:

1. Медведев Артём Викторович: «Временные и частотные характеристики структур с модальным резервированием до и после отказов их элементов», специальность: 2.2.13. Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Наиболее значимые результаты работы опубликованы в журналах «Наноиндустрия», «Техника радиосвязи», «Доклады ТУСУРа», а также на ведущих российских конференциях.

 Сотрудничество с организациями реального сектора экономики

Промышленным партнёром лаборатории является АО «Концерн ВКО «Алмаз - Антей».