設計方法與模擬結果

在製作開關時，常用的二極體為PIN二極體，或是高頻時用的蕭基二極體，

若是使用電晶體，MESFET、HBT、HEMT都是可選擇的元件。對PIN二極體來 說，它有較低的介入損耗、高隔離度，且能工作在較高的功率下，而使用電晶體 的優點在於較容易整合在MMIC製程中，價錢較低。至於電晶體的選擇與設計，

則注重於電晶體導通時的Ron，還有電晶體未導通時的空乏電容Coff。其中Ron包括 源極(source)和閘極(gate)間電阻，閘極和汲極(drain)間電阻，以及影響最大的通 道電阻(channel resistance)。為了降低介入損耗，與增加隔離度，我們希望R 與

Coff都能愈小愈好，然而這兩項是無法同時達到的，以GaAs為基板的製程來說，

若是要降低Ron，則選擇HEMT，反之，要降低Coff的話，則需選擇MESFET為電 晶體。

在此我們要設計應用在60GHZ 和 77GHz 的單刀雙擲開關，由於所使用的頻 率相當高，故選用PHEMT 來設計開關，主要借重於 PHEMT 良好的高頻特性。

在參考書目中[8]曾提到，在低電壓下操作時，PHEMT 相較於一般的 FET，能有 較高的線性度。因此使用PHEMT 當電晶體，能節省許多功率的損耗，甚至可利

我們將圖(4.3)簡單分為三部分來看，第一部分輸入端如圖，主要為一 50 歐 姆線分為兩路，兩段線長都為λ /4，另外加上一匹配電路，在此選用一段有考慮 end effect 的 open stub，以降低輸入級的反射損耗，電容的目的則是阻擋直流訊 號。 (sub-circuit)，我們將電晶體量測到的高頻 S 參數匯入，來觀察其特性。在此，我 們將 port2 臂上的電晶體閘極端加上 0.5v 的偏壓，使電晶體導通，port3 臂的電

輸出端仍為50 歐姆傳輸線，加上電容阻隔直流訊號，此外加上一 stub 做阻

圖(4.8)反射損耗模擬結果(60GHz)

另外，設計一個工作在 77GHz 的單刀雙擲開關，一樣選用會反射的並聯型 式，但我們發現，此顆電晶體的特性，在愈高頻時愈差，也就是說，當閘極給予

0.5v 的偏壓時，電晶體雖導通，但卻有許多高頻訊號沒有經由電晶體而流

到地，短路效果不好，造成隔離度變差，此外，當閘極給予-2v 的偏壓時，

電晶體通道雖關閉，但有許多訊號依然經由電晶體而漏到地，開路效果不 佳，而造成介入損耗增加。由於隔離度變差，根據模擬結果，兩顆電晶體

所能提供的隔離度大約只有13dB，所以為了增加隔離度，我們將並聯電晶

體改為三顆，但可預期的是，介入損耗必定因此而受到影響。電路圖與 60GHz 的設計大同小異，參照圖(4.3)，其各段傳輸線最佳化後的長度與寬 度如下表，單位皆為μm。

l1 w1 l2 w2 l3 w3 l4 w4 l5 w5 l6 108 6 50 20 132 124 5 60 162 180 91

表(4.1)77GHz 單刀雙擲開關各傳輸線之長寬

由上表的參數放入模擬，能得到結果如下：

圖(4.9)介入損耗與隔離度模擬結果(77GHz)

圖(4.10)反射損耗模擬結果(77GHz)

由上圖，隔離度為-19dB，反射損耗都在 22dB 以上，但如前段所預期，介 入損耗有5.2dB，算是較差的部分。