JSSC 2024第9期RF & Wireless130nmPhased Array

A 24 to 30-GHz Phased Array Transceiver Front End With 28 to 31-dB RX NF and 22

一款24-30GHz相控阵收发前端，采用130nm BiCMOS工艺，支持5G FR2频段，具有高功率效率和低噪声系数。

130nm BiCMOS, 22%-24% TX效率, 2.8-3.1dB RX NF, 15.6-16.2dBm OP1dB, 17.8-18.8dBm PSAT

相控阵收发前端5G FR2BiCMOS功率效率

▸创新点1：嵌入式天线T/R开关拓扑（方法创新） - 通过将天线开关嵌入到功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)的匹配网络中，实现了PA和LNA性能的协同优化，同时将插入损耗降至最低（<0.5dB），并显著减小了芯片面积（整体尺寸2.1×0.6mm）。

▸创新点2：传输线型无源移相器与1位相位反转器（电路创新） - 采用分布式传输线结构实现5.6°高精度相位分辨率，结合1位数字相位反转器提供180°相位切换，在24-30GHz频段内增益波动小于±0.5dB，无需校准即可实现精确波束成形。

▸创新点3：相位不变可变增益放大器（系统创新） - 创新设计的VGA在8dB增益调节范围内保持相位变化<±1.5°，实现增益控制与相位控制的完全解耦，支持正交锥削和波束导向的独立调控。

▸创新点4：高温稳定性设计（可靠性创新） - 在105℃高温环境下仍保持发射模式峰值效率>19%（仅下降3%）、接收模式噪声系数<5.1dB，PSAT退化<1dB，满足5G FR2频段的工业级温度稳定性要求。

Abstract

This article presents a compact 24–30-GHz phased array transceiver (TRX) front end (FE) with high transmitter (TX) power efficiency and low receiver (RX) noise figure (NF) in a 130-nm bipolar CMOS (BiCMOS) technology supporting different 5th generation mobile network (5G) frequency range 2 (FR2) bands (n257, n258, and n261). We introduce an embedded antenna TX/RX (T/R) switch (SW) topology to co-optimize the performances of the power amplifier (PA) and the low-noise amplifier (LNA) while minimiz