紧凑型D波段宽带CMOS低噪声放大器

基于28-nm CMOS工艺,设计了一款工作于D波段的紧凑型、宽带低噪声放大器。该放大器由四级放大器单元级联而成,每级放大器单元均采用基于中和电容技术的差分共源极结构。输入、输出和级间阻抗匹配电路均由变压器网络实现,并且每个放大器单元的中心工作频率被交错配置在120GHz和155GHz附近以实现参差调谐带宽拓展,从而在宽带内实现了平坦的增益响应。仿真和测试结果表明,在34mW直流功耗下,该放大器在中心频率140GHz处实现了19.5dB的峰值增益和28GHz(128GHz~156GHz)的3dB工作带宽,噪声系数和输入1dB压缩点分别为7.8dB~9.2dB和-19.8dBm~-16.6dBm。芯片的核心面积仅为200μm×550μm。

基于SiGe工艺的207~215 GHz工作带宽的紧凑型双向放大器

对称型双向放大器的接收、发射模式采用相同的放大核心,能够降低匹配网络结构的复杂度,减小芯片面积。为进一步降低对称型双向放大器芯片的面积,文中提出了一种融合不同工作状态下晶体管寄生参数的双向匹配技术,探明了在不同偏置状态下硅基晶体管的节点阻抗变化与匹配电路阻抗的映射关系;基于德国IHP微电子研究所0.13μm SiGe BiCMOS工艺,采用该匹配技术,设计了一款207~215 GHz高增益、无开关式对称型双向放大器,该放大器通过对电路偏置的切换来实现消除通信系统中单刀双掷开关的目的。文中通过对芯片版图的镜像对称性进行优化来保证该双向放大器正向和反向性能的一致。全波电磁仿真和电路仿真结果表明:在工作频段内该双向放大器每个通道的最大增益为28.6 dB,最小噪声系数为16 dB,双向匹配网络的输入、输出反射系数S_(11)和S_(22)的最小值分别为-13.6 dB、-15.5 dB,芯片功耗为63 mW,核心面积仅为0.17 mm^(2),说明该双向匹配网络在节省芯片面积的同时,能够实现优良的输入输出和噪声匹配效果;文中设计的无开关式硅基双向放大器可实现200 GHz以上的工作频率,具有高增益和面积紧凑的特点。该双向放大器极大地缩小了芯片面积,降低了射频前端成本,可应用于太赫兹微系统。

高端口隔离度的太赫兹基波上混频器设计

介绍了一种基于IHP 0.13μm SiGe BiCMOS工艺,具有高本振(Local Oscillator,LO)/射频(Radio Frequency,RF)及本振/中频(Intermediate Frequency,IF)端口隔离度的太赫兹基波上混频器.该混频器采用了吉尔伯特双平衡结构,本振信号通过共面波导(Coplanar Waveguide,CPW)传输来抑制其在传输过程中由于强寄生耦合效应造成的传输不对称性,削弱了由该不对称性造成的LO/RF端口隔离度恶化的特性.通过采用非对称性的开关互联结构降低本振信号在开关晶体管集电极端寄生耦合的不平衡性,提升本振信号在开关晶体管集电极端的对消效率,通过在版图中合理布局跨导级晶体管的位置来抑制本振信号在中频端口的泄露.后仿真结果表明:在2.2 V电源电压下,本振信号为230 GHz,中频信号为2~12 GHz,该上混频器工作在218~228 GHz时,LO/RF端口隔离度大于24 dB,LO/IF端口隔离度大于20 dB,转换增益为-4~-3.5 dB.当中频信号为10 GHz时,输出1 dB压缩点为-14.8dBm.电路直流功耗为42.4 mW,芯片的核心面积为0.079 mm2.该上混频器可应用于采用高阶正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)方式的无线发射系统.

硅基太赫兹技术及未来趋势

不同于传统的太赫兹组件,基于硅基的太赫兹系统在大规模使用情况下具有成本低,尺寸小,集成度高,操作性强,更容易实现大阵列等特点。近10年来,随着硅基半导体技术的快速发展和硅基工艺晶体管的截止频率提升,硅基太赫兹系统芯片的设计发展迅猛。本文将主要从硅基太赫兹源、硅基太赫兹成像芯片、硅基太赫兹通信芯片、硅基太赫兹雷达芯片四个方面对当前的硅基太赫兹系统芯片的研究现状和发展趋势进行综述。

单片集成谐振式升压转换器设计

为了解决高频谐振功率转换器功率密度较低的问题,提出基于绝缘体上硅(SOI)工艺平台和氮化镓(GaN)功率晶体管的三维集成的单开关全谐振升压转换器,开关频率为500 MHz.转换器主体采用传统Class-E放大器的衍生电路结构-并联式Class-E拓扑,栅极驱动器采用单管谐振式驱动拓扑.转换器中的谐振电感元件采用SOI工艺中提供的平面螺旋电感实现,谐振电容元件采用GaN功率晶体管的米勒寄生电容实现,硅基芯片与GaN芯片通过三维倒装技术连接.围绕电路参数设计、谐振元件的实现和版图结构设计进行详细分析.实验结果显示,当输入电压为12 V时,片上转换器的最高功率密度为1.481 W/mm^(2),满载效率为60%,最高效率为89%.本设计为实现高功率密度、高集成度的功率转换器提供了新思路.