JSSC 2023第5期RF & Wireless130nm SiGe BiCMOSPhased Array

A Four-Channel Bidirectional D-Band Phased-Array Transceiver for 200 Gbs 6G Wire

一款四通道双向D波段相控阵收发器，支持200 Gb/s无线数据传输。

130nm SiGe BiCMOS, 300/500 GHz ft/fmax, 200 Gb/s, 12.5 pJ/bit

D波段相控阵SiGe BiCMOS波束控制无线通信

▸创新点1：全集成宽带四通道相控阵（系统创新）。该设计在130nm SiGe BiCMOS工艺上实现了完整的四通道收发集成，支持110-170GHz全D波段覆盖，单芯片集成混频器、本振链和天线，突破了传统毫米波系统多芯片模块的复杂度限制。

▸创新点2：双向真时延电路（电路创新）。采用0.446ps高分辨率时延单元（等效4位移相器），在收发双模式下实现-45°至+45°的连续波束控制（步进7°），解决了传统移相器导致的频率相关波束倾斜问题。

▸创新点3：背侧蚀刻片上贴片天线（工艺创新）。通过局部背侧刻蚀技术实现辐射效率提升，在硅基工艺上直接集成天线，避免高频封装损耗，实测支持200Gb/s无线传输的辐射特性。

▸创新点4：能效优化架构（系统创新）。收发模式分别实现9.75pJ/bit和12.5pJ/bit的能效，通过共享本振链和双向混频器设计，在180Gb/s（16-QAM）和200Gb/s（32-QAM）速率下保持12.2%/8.3%的EVM性能。

Abstract

This article demonstrates a fully integrated broad- band four-channel phased array transceiver, capable of wire- less data rates up to 200 Gb/s covering the entire D-band (110–170 GHz). The circuit is developed in a 130-nm SiGe BiCMOS technology, featuring f t/fmax of 300/500 GHz, and includes localized back-side etching-based ON-chip patch anten- nas. In both transmit and receive modes, direct up- and down- conversions are performed by in-phase and quadrature mixers driven by a multiplier-by-fo