2019, Sotskov, D. I., Usachev, N. A., Elesin, V. V., Kuznetsov, A. G., Amburkin, K. M., Chukov, G. V., Titova, M. I., Zidkov, N. M., Сотсков, Денис Иванович, Усачев, Николай Александрович, Елесин, Вадим Владимирович, Кузнецов, Александр Геннадьевич, Амбуркин, Константин Михайлович, Чуков, Георгий Викторович, Жидков, Никита Михайлович

© 2019 IEEE.Results of domestic D-mode pHEMT 0.5 μm process characterization obtained during the design and testing of the single power supply wide-band low noise amplifier (LNA) are present. The simulation and test results demonstrate that designed cascode LNA has operating frequency range up to 3.5 GHz, power gain above 15 dB, noise figure below 2.2 dB, output linearity above than 17 dBm and power consumption less than 325 mW. Potential immunity of LNA to total ionizing dose and destructive single event effects exceed 300 krad and 60 MeV·cm2/mg respectively.

2024, Сотсков, Д. И., Котов, В. Н., Зубаков, А. В., Усачев, Н. А., Никифоров, А. Ю., Бойченко, Д. В., Сотсков, Денис Иванович, Котов, Владислав Николаевич, Никифоров, Александр Юрьевич, Зубаков, Алексей Владимирович, Усачев, Николай Александрович, Бойченко, Дмитрий Владимирович

Представлена методика проектирования основной части блока управления питанием (БУП) микросхемы радиочастотной метки (РЧМ) УВЧ-диапазона. Методика представляет собой пошаговый алгоритм проектирования БУП и состоит из пяти взаимосвязанных этапов. На первом этапе осуществляется формирование требований к параметрам БУП (выходное напряжение, мощность постоянного тока на выходе, коэффициент полезного действия, емкость выходного конденсатора) и значению добротности аналогового тракта РЧМ. На втором этапе осуществляется проектирование электрической схемы умножителя напряжения (УН), предназначенного для преобразования напряжения входного радиочастотного (РЧ) сигнала в нестабилизированное постоянное напряжение. В ходе третьего этапа осуществляется проектирование электрической схемы ограничителя постоянного напряжения, необходимого для снижения уровня выходного напряжения УН до безопасного уровня. Результатом выполнения четвертого этапа является электрическая схема защиты от перенапряжения, предназначенной для обеспечения требуемого уровня стойкости микросхемы РЧМ к воздействию электростатического разряда и РЧ сигнала высокой мощности. В рамках заключительного этапа осуществляется оценка и приведение в соответствие с требуемым значением добротности аналогового тракта РЧМ. Предложенная методика может быть использована для оперативной разработки отечественных микросхем РЧМ УВЧ-диапазона (стандарты ISO 18000-6C, GJB 7377.1 и др.) на основе КМОП технологических процессов, в т.ч. микросхем РЧМ, предназначенных для применения на объектах критической инфраструктуры. С использованием представленной методики выполнено проектирование БУП с расчетным значением коэффициента полезного действия 70%, оценочной добротностью аналогового тракта РЧМ менее 15 при мощности входного РЧ сигнала 12,7 дБм.

2022, Usachev, N., Sotskov, D., Zhidkov, N., Elesin, V., Усачев, Николай Александрович, Сотсков, Денис Иванович, Жидков, Никита Михайлович, Елесин, Вадим Владимирович

© 2022 IEEE.High data rate and low latency are the key parameters of a fifth-generation (5G) mobile network. Millimeter-wave transceiver integrated circuits (IC) are the important building blocks of a remote radio unit that determine the commination distance and consume the significant value of power. Transceiver ICs include beamformer and frequency converter paths. Active phased antenna arrays with a size of up to 256 elements are employed to improve radio channel efficiencies such as data rate and operating range. In this work, a brief review of the 5G beamformer millimeter-wave transceivers ICs implemented in SiGe BiCMOS and CMOS processes is presented. A variety of examples of transceivers IC with a frequency range from 24 to 30 GHz are compared in terms of the Figure of merit (FOM). It's shown that the CMOS transceiver ICs has a maximum FOM of 1.2 ċ 1018Hz/W.

2021, Sotskov, D. I., Kuznetsov, A. G., Elesin, V. V., Usachev, N. A., Chukov, G. V., Nikiforov, A. Y., Сотсков, Денис Иванович, Кузнецов, Александр Геннадьевич, Елесин, Вадим Владимирович, Усачев, Николай Александрович, Чуков, Георгий Викторович, Никифоров, Александр Юрьевич

© 2021 IEEE.Radiation-oriented (RO-) and microwave (MW) characterization of the several process technologies - CMOS silicon-on-insulator (SOI) 180 nm process, CMOS 90 nm process, SiGe BiCMOS 0.42/0.25 μm process, GaAs heterojunction bipolar transistor (HBT) 2 μm process and GaAs pseudomorphic high electron mobility transistor (PHEMT) 0.5 μm process, which suitable for the development of radiation-tolerance transceiver integrated circuits with operating frequencies up to 30 GHz are presented. The results of MW-characterization showed two process technologies manufacturing in "foundry"mode - CMOS SOI 180 nm and CMOS 90 nm potentiality for the development of transceiver ICs with operating frequencies above 3 GHz and 12 GHz respectively. Obtained experimental results allow to determine radiation-tolerance indicators for the total ionizing dose, neutrons, impulse exposure and heavy ions and specify critical elements and IP-block fragments for given processes. Experimental data can be used at the first step of reasonable choice of process technologies for radiation-tolerant transceiver design.

2021, Selishchev, I. A., Sotskov, D., Kuznetsov, A. G., Usachev, N. A., Elesin, V. V., Kotov, V. N., Balbekov, A. O., Сотсков, Денис Иванович, Кузнецов, Александр Геннадьевич, Усачев, Николай Александрович, Елесин, Вадим Владимирович, Котов, Владислав Николаевич

© 2021 IEEE.Design and testing results of I/Q mixer and voltage-controlled oscillator IP-blocks for application in 5G communications are presented. IP-blocks were implemented in a commercial 0.42/0.25 µm SiGe BiCMOS process. The test results demonstrate that designed mixer has a conversion gain of more than 5.5 dB in the operating RF frequency range from 25.5 GHz to 26.5 GHz and IF frequency range from 1 GHz to 2 GHz, power consumption less than 235 mW. The designed voltage-controlled oscillator has an operating frequency range from 20.8 GHz to 24.6 GHz in the control voltage range from 0 V to 4 V, the output power is not less than 6 dBm, power consumption is less than 116 mW.

2023, Сотсков, Д. И., Зубаков, А. В., Усачев, Н. А., Ермаков, А. В., Никифоров, А. Ю., Никифоров, Александр Юрьевич, Ермаков, Александр Викторович, Сотсков, Денис Иванович, Зубаков, Алексей Владимирович, Усачев, Николай Александрович

Представлены результаты проектирования сложно-функциональных блоков из состава УВЧ тракта приемника систем цифровой маркировки и идентификации – малошумящего усилителя, квадратурного демодулятора и видеоусилителя со встроенным фильтром нижних частот, предназначенных для изготовления по отечественной КМОП технологии 180 нм. Малошумящий усилитель выполнен с интегрированной схемой шунтирования входа и включает также два переключателя сигналов с одним входом и двумя выходами, реализованных на основе МОП-транзисторов. Применение данного подхода позволило увеличить значение верхней границы линейности по входу УВЧ тракта приемника на величину не менее 30 дБ при увеличении значения интегрального коэффициента шума. Квадратурный демодулятор выполнен по классической схеме построения – в качестве смесительного ядра использовано пассивное кольцо на МОП-транзисторах. Видеоусилитель с программируемым коэффициентом усиления реализован совместно с интегрированным фильтром нижних частот, построенным на основе биквадратных звеньев Тоу-Томаса. Сложно-функциональные блоки предназначены для разработки приемопередающих СБИС считывателей с чувствительностью не более -75 дБм и верхней границей линейности амплитудной характеристики по входу в режиме «Talk» не менее 10 дБм. Характеристики доверенности приемного тракта обеспечиваются за счет применения собственных схемно-топологических решений, предполагающих верификацию в ходе экспериментальных исследований и испытаний кристаллов. Значения электрических параметров рассматриваемого в настоящей работе приемного тракта соответствуют зарубежным аналогам, выполненным по КМОП технологиям со схожими проектными нормами. Таким образом, актуальным является создание на основе рассматриваемой приемопередающей СБИС отечественных считывателей стандарта ISO 18000-6C, предназначенных для применения на объектах критической инфраструктуры.

2022, Amburkin, K., Kuznetsov, A., Usachev, N., Chukov, G., Elesin, V., Sotskov, D., Усачев, Николай Александрович, Чуков, Георгий Викторович, Елесин, Вадим Владимирович, Сотсков, Денис Иванович

© 2022 IEEE.The Microwave automated test and measurement system (ATMS) for on-wafer total ionizing dose and dose rate effects investigations is described. The ATMS is based on Cascade PM5 probe station and measurement hardware providing on-wafer investigations of RF and MW ICs with operating frequencies up to 67 GHz. The ATMS is equipped with radiation sources: RIK-0401 X-Ray Source and Radon-8M Laser Source. Dosimetry of radiation sources provided by calibration researches methodologies is described. All measurement hardware and radiation sources are interconnected into single work network controlled by PC with specialized software. The ATMS is used for radiation characterization of RF ICs, IP-blocks, and test structures during an on-wafer investigation. The results of ATMS approbation during 180 nm SOI CMOS process characterization are present.

2021, Sotskov, D. I., Usachev, N. A., Elesin, V. V., Metelkin, I. O., Zhidkov, N. M., Nikiforov, A. Y., Сотсков, Денис Иванович, Усачев, Николай Александрович, Елесин, Вадим Владимирович, Жидков, Никита Михайлович, Никифоров, Александр Юрьевич

© 2021 IEEE.Compact models of silicon-germanium and gallium-arsenide heterojunction bipolar transistors, gallium-arsenide pseudomorphic high electron mobility transistor, and silicon on insulator field-effect transistor radiation responses are presented. Special subcircuits for modeling displacement damages, dose rate, and total ionizing dose effects are connected to the standard device models. Models based on core VBIC, EEHEMT and BSIM provided by semiconductor foundry as a part of process design kit and verified in a frequency range from DC to 26 GHz and suitable for small signal and non-linear simulation. Radiation-dependent parameters are described by physically based equations which compatible with proprietary simulators. Examples of radiation-hardening by design techniques for microwave monolithic integrated circuits (MMIC) are presented with standard computer-aided design (CAD) tools. Proposed models were verified by estimating static and dynamic characteristics of transistors. Disagreement of experimental and simulation results are less than 20% that makes it useful and efficient tool for MMIC radiation hardening by design.

2023, Сотсков, Д. И. , Зубаков, А. В. , Усачев, Н. А. , Жидков, Н. М. , Кузнецов, А. Г. , Ермаков, А. В. , Никифоров, А. Ю. , Кузнецов, Александр Геннадьевич, Жидков, Никита Михайлович, Усачев, Николай Александрович, Сотсков, Денис Иванович, Ермаков, Александр Викторович, Зубаков, Алексей Владимирович, Никифоров, Александр Юрьевич

Представлены результаты проектирования специализированной СВЧ библиотеки базовых элементов, предназначенной для использования в рамках отечественного КМОП технологического процесса с проектной нормой 180 нм. Библиотека включает в своем составе набор радиочастотных МОП-транзисторов для усилительного и ключевого применения, варикапы на основе МОП-структур трех типов, спиральные катушки индуктивности, МДМ-конденсаторы и прочие элементы. Библиотека предназначена для использования совместно с САПР Cadence Virtuoso IC и ориентирована на создание комплекта усилительных, генераторных и преобразовательных СВЧ сложно-функциональных блоков, а также блоков управления фазой и амплитудой сигнала приемопередающей ЭКБ. С использованием представленной библиотеки спроектирован тестовый кристалл, предназначенный для проведения исследований зондовыми методами и содержащий 13 типов базовых элементов и вспомогательные структуры для СВЧ-характеризации отечественного КМОП технологического процесса 180 нм.

2023, Ermakov, A. V., Sotskov, D. I., Amburkin, D. M., Usachev, N. A., Boychenko, D. V., Ермаков, Александр Викторович, Сотсков, Денис Иванович, Амбуркин, Дмитрий Михайлович, Усачев, Николай Александрович, Бойченко, Дмитрий Владимирович