3～6GHz SiGe HBT Cascode低噪声放大器的设计

基于Jazz 0.35μm SiGe工艺设计一款满足UWB和IEEE802.11a标准的低噪声放大器.采用并联电感峰化技术与Cascode结构来展宽带宽;完成了芯片版图的设计,芯片面积为1.16 mm×0.78 mm;在带宽为3～6 GHz范围内,最大增益为26.9 dB,增益平坦度为±0.9 dB.放大器的输入输出匹配良好,其回波损耗S11和S22均小于-10dB,输入与输出驻波比小于1.5,1 dB压缩点为-22.9 dBm.在整个频段内,放大器无条件稳定.

基于Darlington Cascode结构的SiGe异质结双极晶体管UWB低噪声放大器的设计

详细地分析了Cascode结构的线性度和3dB带宽，利用Cascode结构的高线性度和Darlington结构的高增益的优点构成了Darlington—Cascode结构，在此基础上，基于台积电TSMC0．35μm SiGe工艺，设计了一款芯片面积小的满足超宽带（UWB）标准的无电感SiGe异质结双晶体管（HBT）低噪声放大器（LNA）。该放大器利用电阻反馈结构替代了电感-电容（LC）匹配网络结构，实现了输入、输出阻抗匹配，未采用无源电感，节省了芯片面积，芯片面积仅为0．046mm2，并将Darlington—Cascode结构作为LNA的输出级，既提高了增益，又提高了线性度。LNA版图仿真结果表明，在UWB频带范围内，LNA的增益为19．5～20dB，增益平坦度为4-0．25dB；输入、输出匹配良好；线性度为-5- -2dBm；在整个频段内，无条件稳定。

基于噪声抵消的有源匹配SiGe HBT低噪声放大器设计

基于Jazz 0.35μm SiGe工艺,设计了一种满足2G、3G和WIMAX标准的有源匹配SiGe HBT低噪声放大器.利用共基极晶体管输入阻抗小和共集电极晶体管输出阻抗较小的特点,通过选取晶体管的结构和偏置电流,实现了输入、输出有源阻抗匹配.由于未采用占芯片面积大的电感,减少了芯片面积,芯片面积(含焊盘)仅为0.33mm×0.31 mm;由于共基极晶体管的噪声系数比共射极晶体管的噪声系数高,采用噪声抵消结构减少了其引入噪声.低噪声放大器在(0.6～3)GHz工作频带内,增益为17.8～19.2 dB,增益平坦度为±0.7 dB;有源输入、输出匹配良好;在整个频段内,无条件稳定.

基于有源电感的全集成超宽带低噪声放大器

利用有源电感来实现超宽带低噪声放大器(UWB LNA),不但可以减小芯片面积、改善增益平坦度,而且可通过外部调节偏置电压来调谐有源电感的电感值,进而调整设计中没有考虑到的由工艺变化及封装寄生带来的增益退化。采用TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用Cadence设计工具完成了放大器电路及版图的设计。在3.1～10.6GHz工作频率范围内,通过外部调节电压来调谐有源电感,可使LNA的增益S21在16～19dB范围内变化,输入输出回波损耗S11,S22均小于-10dB,噪声为2.4～3.7dB,输入3阶截点IIP3为-4dBm。整个电路芯片面积仅为0.11mm2。

射频前端宽带高Q值可调节集成有源电感

针对传统接地有源电感的电感值低、Q值低等缺点,提出了一种改进型的有源电感,并给出了等效电路图及等效阻抗的表达式。基于TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用Cadence软件,完成了电路和版图设计。提出的有源电感,在频率小于5GHz时,其等效电感值随频率变化很小,大于5GHz后,随频率变化略有增大。通过改变外加偏置电压,实现了电感值和Q值的可调,电感值可调范围为1.035～5.631nH,Q值最大值可达到1 557;同时,也可调节有源电感Q值达到最大值时所对应的工作频率。

一款应用于多频带的基于新型Cascode有源电感的高Q带通滤波器

设计了一款基于新型Cascode有源电感和有源负阻电路的二阶差分有源带通滤波器。新型有源电感和有源负阻电路的采用可实现在滤波器Q值不变的条件下对滤波器的中心频率进行调节。仿真结果表明,通过调节有源电感和有源负阻电路的偏置条件,可有效增大滤波器的Q值,且在保持Q值恒定在226的条件下中心频率的变化范围为0.2 GHz^3.7 GHz。滤波器的以上特性使其能很好地应用于多频带的无线系统。

射频功率晶体管内匹配技术中键合线的建模仿真与参数提取

金属键合线互连是射频大功率晶体管内匹配技术中的关键手段。键合线的直径、长度、拱高和并列键合线间距等物理参量,均对器件性能有很大影响。采用三维电磁仿真软件EMDS和射频电路设计软件ADS对金属键合线互连进行了建模仿真和射频等效参数提取,分析了等效参数与键合线各物理参量之间的关系,针对具体的关系特点及内匹配技术中键合线的选取,给出了相应的优化设计措施。

应用于射频前端的高Q值SiGe HBT有源电感

针对传统的共基-共射(CB-CE)回转器有源电感的品质因子Q值低等缺点,应用Cascode结构把CB-CE有源电感改进为共基-共射-共基(CB-CE-CB)有源电感,推导出等效电路及等效阻抗表达式。最后基于Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用ADS软件完成电路设计与仿真,应用Cadence Virtuoso平台完成版图设计。改进之后的有源电感,通过改变外加偏置条件,实现了电感值和品质因子Q值的可调,电感值可调范围为0.35～2.72 nH,Q值最大值可达1 172,版图面积仅为51μm×35μm。该有源电感应用于射频电路中,可取代无源电感。与无源电感相比,品质因子Q值明显提高,版图面积大大减小,更利于集成。

基于有源电阻反馈和分流支路的新型有源电感

针对传统有源电感等效电感值低、品质因数(Q)低、频带窄的缺点,在传统共源共栅有源电感的基础上,提出了具有有源电阻反馈和分流支路的改进型有源电感电路,给出了其等效电路模型及各等效参数的表达式。基于Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用安捷伦ADS仿真工具,对有源电感电路进行仿真验证。结果表明,在0～7.7GHz频段内,等效电感值在5.67～43nH范围内变化。在4.5～6.7GHz频段内,Q值大于20,且在5.7GHz时达到最大值2 757。改变有源电感的偏置条件,可获得不同的有源电感性能,可以很好地满足射频电路对电感的高Q值、大电感值、可调谐、小面积的需求。

一种利用衰减器实现的超宽带可变增益放大器

提出了一种基于有源可调衰减器的超宽带可变增益放大器,以有源可调衰减器作为可变增益放大器的核心,并与高增益放大器级联,在3.1～10.6GHz超宽频带内实现了宽动态增益调节范围。基于Jazz 0.35μm SiGe HBT工艺,完成了超宽带可变增益放大器的设计,利用安捷伦公司的ADS仿真软件进行仿真验证。结果表明,在3.1～10.6GHz的超宽频带内,当电压在0.7～2.0V的范围内变化时,该放大器的动态增益变化范围大于60dB,3dB带宽大于7GHz,在整个电压变化范围内,S11和S22均低于-10dB,在最大增益处,噪声系数小于5dB。

SiGe HBT双频段可变增益放大器设计

提出了一款新型的双频段可变增益放大器(DBVGA),分别工作在3G-WCDMA的2.2GHz和WLAN的5.2GHz两个频段。放大器分为增益控制级、输入输出级和放大级。其中,增益控制级采用电流驱动技术和发射极串联电感来减小噪声和输入阻抗的影响,进而实现大动态的增益变化。输入级通过电容电感串并联方法实现双频段的输入匹配。放大级使用Cascode结构和电流复用技术来提高增益和减小功耗。采用Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺设计芯片版图,版图面积为0.5mm2。仿真结果表明,当控制电压从0V到1.4V变化时,DBVGA在2.2GHz和5.2GHz下的增益可变范围分别达到30dB和16dB,最大增益处的噪声分别为2.3dB和3.2dB,输入和输出驻波比约1.5。

有源电感复用型2.4GHz/5.2GHz双频段LNA

采用可调谐有源电感复用结构，设计了一款用于3GTI）-SCDMA和WLAN的2．4GHz／5．2GHz双频段低噪声放大器（DBLNA）。2．4GHz频段电路采用折叠共源共栅（FC）结构，5．2GHz频段电路采用共栅（CG）结构。FC和CG结构均采用可调谐有源电感，通过调谐有源电感的等效阻抗，优化匹配到源阻抗。基于TSMC0．18μmCMOS工艺，实现了有源电感复用型DB-LNA。ADS仿真结果表明，频率为2．4GHz时，S21—35dB，NF一4．42～4．59dB，IIP3—0dBm，P-1dB-14dBm频率为5．2GHz时，S21=34dB，NF=2．74～2．75dB，IIP3=-5dBm，P-1dB=-9dBm。

Cascode射频有源电感的设计

基于Cascode结构,提出了采用双共基异质结双极型晶体管级联反馈射频有源电感的设计方法,并与电阻反馈、单共基晶体管反馈构成的两种有源电感进行了比较。分别从理论上推导出了这三种不同反馈支路的有源电感的输入阻抗与等效电感,同时分析了影响其性能的因素。最终采用Jazz0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用安捷伦射频仿真软件ADS,对电路进行了验证。结果表明,采用双共基晶体管级联反馈构成的有源电感,兼具有电感值大,品质因数高等优点。

基于SiGe HBT的射频有源电感的设计

基于回转器原理,提出利用两个SiGe异质结晶体管,通过采用不同组态构成四种射频有源电感,其中包括两种正电感和两种负电感,并对它们的性能进行了比较。结果表明,共射组态与共集组态构成的有源电感的性能最优异,并就此做了详细讨论。在带宽为1～15.8GHz的范围内,其电感值可以达到1nH以上,电感的品质因数最大值达到75.4。通过调节晶体管的偏置电压,有源电感的电感峰值在1.268nH-1.914nH范围内变化。电感值的可调谐性对增强电路设计的可复用性及灵活性具有现实意义。

采用Cascode拓扑和RC反馈网络的高Q差分有源电感

针对传统全差分有源电感在高频下品质因子Q较低的问题,联合使用Cascode拓扑和RC反馈网络对其进行优化。组合电路引入的双重负阻有效抵消了有源电感的寄生电阻,进而有效提高了高频下的Q值。基于Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用射频仿真软件ADS完成电路设计与仿真。仿真结果表明,在联合采用了Cascode拓扑和RC反馈网络后,在频率大于1GHz时,有源电感的Q值明显提高;在1.3~3GHz频率范围内,Q值均大于20;在2.1GHz时,Q值达到最大值4 416,电感值变化范围为6.9~12nH。

双频段低噪声放大器的设计

适应多标准移动通信终端的迅速发展,设计了能够在800 MHz和1.8 GHz两个不同频段独立工作的低噪声放大器。放大器使用噪声性能优良的SiGe HBT管子,采用Cascode结构减小Miller电容的影响,发射极串联电感消除放大器输入端噪声系数和功率匹配的耦合,输入匹配电路采用单通道串并联LC电路,计算串并联电感和电容值,可以在两个工作频点发生谐振。输出端通过调整负载阻抗到50Ω,采用简单的电路实现功率输出。ADS的仿真结果表明,本文设计的低噪声放大器在800 MHz和1.8 GHz两个工作频段的S21分别达到了24.3 dB和21.3 dB,S11均达到了-13 dB,S22均在-27 dB以下,两个频段的噪声系数分别为3.3 dB和2.0 dB。

基于噪声抵消技术的超宽带低噪声放大器

实现了一款超宽带低噪声放大器(UWB LNA)。该UWB LNA由输入级、中间级和输出级组成。在输入级,采用两个共栅配置构成了噪声抵消技术,减少了噪声,在此结构基础上进一步采用了跨导增强技术,提高了增益。同时插入的电感Lin提高了LNA在宽带范围内的增益平坦度。中间级放大器,在漏极并联电感产生零点,提高了LNA的带宽。输出级为源极跟随器,较好实现了LNA的阻抗匹配。基于0.18μm TSMC CMOS工艺仿真验证表明,在4 GHz^10 GHz频带范围内,电压增益(S21)为(19.2±0.3)d B,噪声系数(NF)介于2.1 d B^2.4 d B之间,输入、输出反射系数(S11、S22)均小于-10 d B。在9 GHz时,输入三阶交调点(IIP3)达到-7 d Bm。在1.8 V的电源电压下,功耗为28.6 m W。

UWB LNA的增益平坦化及稳定性的反馈技术

从异质结晶体管(HBT)的小信号模型着手,得到了几种不同反馈形式下HBT的S参数解析表达式。通过对比不同反馈形式的仿真结果,分析了各种反馈形式对S参数的影响,并着重研究了反馈技术对电路稳定性以及对超宽带低噪声放大器(UWB LNA)增益平坦度的影响。结果表明,采用串联电阻和电感或并联电阻和电容的电抗性负反馈,可以使S21的幅度随着频率的增大而逐渐上升,从而补偿了晶体管本身高频增益的下降,同时,也提高了整个电路的稳定性。采用这种反馈结构,设计了一款3～10 GHz超宽带低噪声放大器。仿真结果表明,该放大器在整个频带范围内无条件稳定,传输增益较高,增益平坦度较好,噪声系数较低,是一款无条件稳定并有着较好增益平坦度的超宽带低噪声放大器。

双频带低噪声放大器设计

基于Jazz 0.35μm S iGe工艺,设计了一款能够在1.8 GHz和2.4 GHz不同频段带独立工作的低噪声放大器。放大器使用噪声性能优良的S iGe HBT,采用Cascode结构减少米勒效应的影响。输入电路采用由两次连续的频率变换和电路转换得到的双频滤波电路,输出端用射随器实现50Ω阻抗匹配。结果表明,该低噪声放大器在1.8 GHz和2.4 GHz两个工作频点,S21分别达到30.3 dB和28.3 dB,S22分别为-19 dB和-20 dB,噪声分别为3.42 dB和3.45 dB。

负阻补偿型CMOS高Q值超宽带可调谐有源电感

基于CMOS有源器件和传输线,提出了一款面积小、电感值大、品质因子(Q)高的超宽带可调有源电感电路拓扑。该有源电感利用CMOS有源器件级联反馈结构提供偏置,采用负阻补偿网络补偿有源电感正电阻损耗,增大了Q值,同时也实现了对有源电感器电感值的调谐。采用TSMC 0.35μm CMOS工艺,设计并实现了有源电感的电路和版图。ADS仿真验证表明,在3.1～5.2GHz工作频率范围内,随外部偏置的不同,等效电感值的可调范围为1.65～4.06nH(在3.1GHz下)和0.06～40.9nH(在5.2GHz下),Q值最小达到1 002.9,面积仅为65×86(μm2)。