UMS CHA2097A99F/00

CHA2097a
20-40GHz Variable Gain Amplifier
GaAs Monolithic Microwave IC
Description
Vd1
The CHA2097a is a variable gain broadband
three-stage monolithic amplifier. It is designed
for a wide range of applications, from military to
commercial
communication
systems. The
backside of the chip is both RF and DC grounds.
This helps simplify the assembly process.
Vd23
Out
In
The circuit is manufactured with a PM-HEMT
process, 0.25µm gate length, via holes through
the substrate, air bridges and electron beam
gate lithography.
It is available in chip form.
Vctrl
Vg1
Vg2
Vg3
Typical on wafer measurements
■ Broadband performances : 20-40GHz
■ 14dBm output power ( 1dB gain comp. )
■ 18dB ±1.5dB gain
■ 10dB gain control range.
■ Low DC power consumption, 140mA @ 3.5V
■ Chip size : 2.04 X 0.97 X 0.10 mm
Gain & Rloss (dB)
Main Features
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
S22
S11
0
10
20
30
40
50
60
frequency (GHz)
Main Characteristics
Tamb. = 25°C
Symbol
Fop
G
Parameter
Min
Operating frequency range
20
Small signal gain
16
Gctrl
Gain control range
P1dB
Output power at 1dB gain compression
Id
13
Bias current
Typ
Max
Unit
40
GHz
18
dB
10
dB
14
dBm
140
200
mA
ESD Protection : Electrostatic discharge sensitive device. Observe handling precautions !
Ref. : DSCHA20978021
1/8
Specifications subject to change without notice
United Monolithic Semiconductors S.A.S.
Route Départementale 128 - B.P.46 - 91401 Orsay Cedex France
Tel. : +33 (0)1 69 33 03 08 - Fax : +33 (0)1 69 33 03 09
20-40GHz Variable Gain Amplifier
CHA2097a
Electrical Characteristics for Broadband Operation
Tamb = +25°C, Vd1,2,3 = 3.5V
Symbol
Fop
G
∆G
Parameter
Min
Operating frequency range (1)
20
Small signal gain (1)
16
Small signal gain flatness (1)
Is
Reverse isolation (1)
P1dB
P03
VSWRin
Typ
Unit
40
GHz
18
dB
±1.5
dB
40
dB
Output power at 1dB gain compression (1)
13
14
dBm
Output power at 3dB gain compression
15
16
dBm
Input VSWR (1)
3.0:1
VSWRout Output VSWR (1)
3.0:1
Gctrl
Gain control dynamic
Vdc
DC voltage
Id
Max
12
Vd
Vg
Vctrl
3.5
4.0
0.4
0.4
V
V
V
140
200
mA
-2.0
-2.0
Bias current
dB
(1) These values are representative of on-wafer measurements that are made without bonding
wires at the RF ports.
Absolute Maximum Ratings
Tamb. = 25°C (1)
Symbol
Parameter
Values
Unit
Vd
Drain bias voltage
4.0
V
Id
Drain bias current
200
mA
Vg
Gate bias voltage
-2.0 to +0.4
V
Ta
Operating temperature range
-40 to +85
°C
Storage temperature range
-55 to +155
°C
Tstg
(1) Operation of this device above anyone of these parameters may cause permanent damage.
Ref. : DSCHA20978021
2/8
Route Départementale 128 , B.P.46 - 91401 ORSAY Cedex - FRANCE
Tel.: +33 (0)1 69 33 03 08 - Fax : +33 (0)1 69 33 03 09
Specifications subject to change without notice
20-40GHz Variable Gain Amplifier
CHA2097a
Typical Scattering Parameters (On wafer Sij measurements):
Bias Conditions:
F(GHz)
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
S11
dB
-4,75
-5,92
-6,95
-8,07
-9
-9,96
-10,75
-11,26
-11,52
-12,03
-12,71
-14,68
-14,55
-17,06
-19,6
-21,82
-21,99
-23,66
-24,37
-24,22
-25,56
-24,43
-25,44
-25,52
-26,11
-26,98
-28,03
-29,59
-25,97
-19,91
-15,11
-11,72
-9,51
-8,19
-7,23
-6,98
-7
-6,99
-6,78
-6,66
-6,47
-6,32
-6,05
-5,89
-5,71
-5,58
-5,1
-5,23
-4,98
-5,18
Ref. : DSCHA20978021
Vd=3.5V, Vg=0V, Vctrl=-1V, Id=140mA
S11
/°
-115,2
-124
-131
-137,6
-142,7
-147,7
-151,4
-154,7
-160,8
-170,5
-179,1
174,8
168,3
154,2
155,1
160,7
166
162,2
169
171,5
178,6
177,5
169,7
171,3
165,7
157,4
132,1
80
10,7
-36,7
-70
-101
-133,1
-167,2
160,6
127,9
95,8
64,6
34,2
7,2
-18,1
-40,8
-60,5
-77,5
-94,2
-107,5
-121,6
-132,4
-144,5
-155,1
S12
dB
-67,47
-67,62
-66,42
-70,21
-71,68
-69,5
-71,34
-61,82
-58,85
-55,51
-54,34
-50,54
-68,27
-55,58
-55,02
-54,34
-52,57
-53,35
-55,75
-53,54
-56,09
-52,89
-51,25
-49,33
-50,85
-47,32
-47,19
-45,61
-45,29
-48,48
-47,05
-45,42
-46,37
-49,95
-49,34
-48,29
-43,43
-41,24
-38,37
-40,96
-46,95
-42,32
-40,63
-48,84
-61,19
-56,96
-55,14
-50,04
-54,03
-55,65
S12
/°
-177,7
150,7
148,4
118,4
102,8
-77,6
-153,6
-169,2
171,5
126,7
111,5
51,9
-0,3
74,8
34,8
25,3
4,1
-36,2
-48,6
-47,9
-85,8
-80,7
-117,3
-147,8
-165,7
174,7
145,5
115
68,8
57,1
65,8
28,8
-3,4
-13,7
-29,7
-64,6
-46,4
-68,1
-97,4
-138,5
-70,4
-101,2
-176,6
171,4
111,7
103,7
166,4
30,3
-125,9
179,7
S21
dB
3,66
6,93
9,91
12,47
14,8
16,79
18,03
18,79
19
19,51
19,91
19,56
19,32
19,23
19,68
19,69
19,71
19,75
19,57
19,23
19,19
19,09
19,02
18,95
18,79
18,71
18,71
18,5
18,31
18,2
17,69
16,63
15,5
13,76
11,68
9,12
6,31
3,32
0,15
-3,25
-6,78
-11,11
-14,83
-19,24
-21,88
-24,47
-24,78
-25,65
-28,47
-30,93
3/8
Route Départementale 128 , B.P.46 - 91401 ORSAY Cedex - FRANCE
Tel.: +33 (0)1 69 33 03 08 - Fax : +33 (0)1 69 33 03 09
S21
/°
-94,8
-125,4
-157,6
170,1
136,8
101,8
66,8
31,6
0,7
-29,1
-57,6
-93,1
-113,6
-134
-161,4
172,4
147,7
121,7
96
71,9
48,2
24,1
-0,4
-25,9
-50,8
-76,2
-102,2
-130,4
-158
172,1
139,1
105,7
71,9
37,9
4,6
-26,4
-56
-83,9
-111,7
-137,9
-160,6
-178,6
163,5
157,2
148,7
133,5
114,8
89,9
60,3
30,8
S22
dB
-3,4
-3,95
-4,6
-5,43
-6,68
-8,99
-12,02
-17,57
-23,88
-20,12
-16,3
-10,26
-11,59
-15,39
-15,8
-14,44
-12,93
-12,25
-11,11
-10,96
-10,95
-11,22
-11,25
-10,52
-10,42
-10,4
-10,59
-10,34
-10,39
-10,1
-9,2
-8,86
-8,56
-8,16
-7,96
-7,6
-7,27
-7,08
-6,78
-6,27
-5,98
-5,72
-5,3
-5,1
-4,8
-4,35
-4,18
-3,86
-3,47
-3,21
S22
/°
-177,9
167,5
152,2
135,1
115,1
90,3
64,8
28,2
-12
-71,4
-97,4
-139,8
-176,9
170,8
-174,6
-170,8
-176,7
174,8
169,8
156,3
149,1
142
137
130
120,3
112,1
102,2
93
81,8
75,9
62,2
48,1
35,7
19,1
2,8
-10,6
-24,1
-38,4
-50,8
-62,1
-75,1
-83,4
-93,5
-102,7
-110,9
-120,8
-130,4
-135,8
-145,5
-153,3
Specifications subject to change without notice
20-40GHz Variable Gain Amplifier
CHA2097a
Typical Scattering Parameters (On wafer Sij measurements):
Bias Conditions:
F(GHz)
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
S11
dB
-21,22
-21,29
-21,49
-21,84
-22,04
-22,52
-23,04
-23,85
-24,42
-24,63
-25,23
-26,25
-27,04
-27,88
-29,52
-31,05
-33,21
-36,65
-37,81
-38,63
-36,35
-34,9
-33,79
-30,34
-29,02
-28,15
-26,75
-25,56
-24,23
-23,27
-22,17
-21,72
-21,71
-20,6
-19,32
-18,65
-18,06
-17,26
-16,91
-16,53
-13,58
-12,71
-11,82
-11,71
-11,55
-11,82
-12,85
-12,91
-13,13
-13,73
Ref. : DSCHA20978021
Vd=3.5V, Vg=0V, Vctrl=-0.3V, Id=140mA
S11
/°
-127,3
-137,1
-145,7
-154
-162,3
-169,6
-176,4
176,4
170,9
166
161,6
153,4
152,8
146,8
142,3
139
137,1
139,9
150,3
-179,8
-146,1
-140,8
-133,8
-140,1
-137
-137,3
-145
-146,6
-152,1
-157,7
-160,7
-164,2
-172,8
-179,4
176,4
170,4
161,6
151,8
143,5
130,1
131,6
121,7
108,4
92
80
65,9
54
39,8
25,7
15,8
S12
dB
-76,73
-78,25
-73,34
-77,33
-80,66
-81,88
-73,48
-63,82
-64
-58,81
-58,94
-56,1
-76,98
-61,65
-59,54
-57,85
-58,27
-58,68
-59,11
-57,44
-70,19
-56
-64,97
-61,29
-56,63
-63,3
-67,38
-63,38
-49,84
-63,61
-55,7
-58,1
-57,64
-56,99
-55,62
-55,06
-45,05
-41,22
-38,77
-45,12
-48,65
-40,48
-40,42
-51,47
-57,09
-63,78
-58,06
-52,98
-55,61
-64,85
S12
/°
178,5
152,7
145,3
154,5
144,3
-119,4
178,9
-174,9
179,2
153
135,1
60,4
-105,4
138,4
99,5
87,5
78
57,7
58,8
39
57,9
15,6
-22,2
-13,6
-17,7
-100,1
177,5
84,1
63,6
-163,1
170,1
57,2
35,3
73,1
49,1
-6,1
-9,1
-30,4
-88,4
-127,4
-58,6
-80,3
-148,9
-147,8
-105,6
-147,1
-172
106
-166,3
115,9
S21
dB
-11,95
-8,66
-5,6
-3
-0,57
1,48
2,82
3,65
3,85
4,28
4,54
4,29
3,55
3,75
4,18
4,17
4,12
4,14
3,85
3,45
3,32
3,14
3,07
2,85
2,53
2,31
2,04
1,53
0,94
0,43
-0,45
-1,94
-3,83
-6,65
-10,79
-17,23
-29,13
-21,01
-15,55
-13,23
-11,37
-10,55
-9,53
-9,08
-9,02
-9,01
-9,44
-10,94
-13,87
-18,07
4/8
Route Départementale 128 , B.P.46 - 91401 ORSAY Cedex - FRANCE
Tel.: +33 (0)1 69 33 03 08 - Fax : +33 (0)1 69 33 03 09
S21
/°
-77,4
-105,2
-134,7
-164,1
165,1
132,5
99,7
66,3
36,8
8,4
-17,9
-50,3
-70,1
-88,5
-112,8
-136,4
-158,7
177,6
154,7
133,2
111,7
91,1
69,5
46,7
25
2,6
-20,2
-45,1
-68,2
-93,6
-121,1
-151,6
-179,8
150,8
124
103,1
124,9
-169,3
175,8
156,5
109,8
97,7
81,4
58,2
35
9,9
-21,2
-55,8
-89,7
-112,3
S22
dB
-3,39
-3,93
-4,58
-5,41
-6,66
-8,92
-11,91
-17,29
-23,56
-20,1
-16,45
-10,67
-11,7
-15,43
-16,32
-14,56
-13,03
-12,27
-11,04
-10,84
-10,88
-11,32
-11,31
-10,47
-10,35
-10,38
-10,53
-10,35
-10,41
-10,26
-9,47
-9,14
-8,75
-8,31
-8,02
-7,64
-7,35
-7,14
-6,86
-6,31
-6,04
-5,78
-5,29
-5,17
-4,83
-4,42
-4,3
-3,89
-3,55
-3,24
S22
/°
-178
167,4
152
134,8
114,6
89,7
63,8
26,6
-16,2
-74,1
-99,5
-138,7
-175,2
170
-173,1
-168,2
-174,9
177
171,7
157,6
149,5
142,3
138,8
131,1
121,2
112,8
102,9
92,6
81,7
74,1
62
48,7
36,5
20,2
3,8
-9,7
-23,8
-37,5
-49,6
-61,6
-74,6
-83,3
-93,8
-102,5
-110,9
-120,7
-130,1
-136
-93,8
-102,5
Specifications subject to change without notice
20-40GHz Variable Gain Amplifier
CHA2097a
Typical On wafer measurements:
Tamb = +25°C
Gain and phase versus voltage control on CL pad :
CHA2097 Vd=3,5v Vg=0v Id=140mA
CHA2097 Vd=3,5v Vg=0v Id=140mA
20
18
Gain at 20GHz
16
Gain at 30GHz
Phi S21 (°)
S21 (dB)
14
12
10
8
Gain at 40GHz
6
4
2
0
-1
-0,9
-0,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
310
290
270
250
230
210
190
170
150
130
110
90
70
50
30
10
-10
-30
-50
-70
0
Phi at 40GHz
Phi at 30GHz
Phi at 20GHz
-1
-0,9
-0,8
-0,7
-0,6
Vctrl (V)
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
Vctrl (V)
Sij parameter measurements versus frequency for 2 voltage control on CL pad:
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
CHA2097 Vd=3,5v Vg=0v Vctrl=-0,3V Id=140mA
Gain
Gain & Rloss (dB)
Gain & Rloss (dB)
CHA2097 Vd=3,5v Vg=0v Vctrl=-1V Id=140mA
S22
S11
0
10
20
30
40
50
60
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
-24
-26
-28
-30
-32
Gain
S22
S11
0
Frequency (GHz)
Ref. : DSCHA20978021
10
20
30
40
50
Frequency (GHz)
5/8
Route Départementale 128 , B.P.46 - 91401 ORSAY Cedex - FRANCE
Tel.: +33 (0)1 69 33 03 08 - Fax : +33 (0)1 69 33 03 09
Specifications subject to change without notice
60
20-40GHz Variable Gain Amplifier
CHA2097a
Chip Assembly and Mechanical Data
To Vd1,2,3 DC Drain supply feed
100pF
IN
OUT
100pF
To Vctrl DC supply feed
100pF
To Vgs1 DC Gate supply feed
To Vgs2,3 DC Gate supply feed
Note : Supply feed should be capacitively bypassed.
Bonding pad positions.
( Chip thickness : 100µm. All dimensions are in micrometers )
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20-40GHz Variable Gain Amplifier
CHA2097a
Typical Bias Tuning
The circuit schematic is given below :
Vd1
Vd2,3
IN
OUT
Attenuator
Vg1
Vg 2
Vg 3
Vctrl
For gain control operation, The three drain biases are connected altogether. In a same way, all the
gate biases are connected together at the same power supply, tuned to drive a small signal operating
current of 140mA. A separate access to the gate voltages of each stages ( Vg1,2,3 ) is provided for
fine tuning of the stages regarding the application.
An additional pad is provided ( Vctrl ) to control the gain of the circuit, driving two cold transistors in
attenuator arrangement.
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20-40GHz Variable Gain Amplifier
CHA2097a
Ordering Information
Chip form
:
CHA2097a99F/00
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