[發(fā)明專利]一種工作頻率趨近于fT 有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811301900.4 | 申請日： | 2018-11-02 |
| 公開（公告）號： | CN109257022B | 公開（公告）日： | 2021-08-10 |
| 發(fā)明（設計）人： | 孟凡易;丁團結(jié);馬凱學;牟首先 | 申請（專利權(quán)）人： | 電子科技大學 |
| 主分類號： | H03F1/42 | 分類號： | H03F1/42;H03F1/02;H03F3/68 |
| 代理公司： | 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220 | 代理人： | 梁田 |
| 地址： | 610000 四川省成*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 工作 頻率 近于 base sub | ||
本發(fā)明公開了一種工作頻率趨近于fT/2的寬帶放大器，本發(fā)明采用LC串聯(lián)諧振電路與共源共柵結(jié)構(gòu)并聯(lián)的技術方案，提升了增益單元的高頻增益，同時拓展了增益單元的低頻帶寬，進而，在趨近于fT/2處實現(xiàn)了高增益、寬頻帶的效果；本發(fā)明的匹配電路均由片上無源器件構(gòu)成，并且在設計匹配網(wǎng)絡時，考慮到信號輸入、輸出Pad在F波段內(nèi)的寄生效應，確保了電路的穩(wěn)定性和可行性；本發(fā)明中的增益單元由帶隙基準電路提供電流偏置，可以通過控制偏置電壓精確調(diào)整偏置電流的大小，以達到放大器的最優(yōu)性能。
技術領域
本發(fā)明屬于集成電路設計領域，具體涉及一種工作頻率趨近于fT/2的寬帶放大器。
背景技術
由于亞毫米波和太赫茲波在電磁波譜中所處的特殊位置，與微波和光波相比，它具有許多特殊的性質(zhì)，如穿透性、低能性、瞬態(tài)性、寬帶性、相干性、方向性和吸水性等，使得它在生物醫(yī)學、物理化學、天文學、軍事、國家安全、反恐等諸多領域具有不可替代的重要應用價值。然而，在設計此頻段的收發(fā)機時，由于制作工藝的限制，存在很多挑戰(zhàn)和困難，特別是信號放大作用的放大器設計。
首先，收發(fā)機電路中存在很多無源器件，如電感、電容、傳輸線等，在亞毫米波和太赫茲波頻段內(nèi)，由于趨膚效應的存在以及工作頻率趨近于器件的自諧振頻率，所以這些無源器件的損耗非常大。另外，當工作頻率達到甚至超過硅基工藝機制頻率fT的一半時，晶體管自身的寄生電容效應會明顯增加，嚴重惡化晶體管的放大能力。因此，在此頻段內(nèi)，普通放大器拓撲的增益將會趨近于甚至小于1。
另一方面，放大器作為無線通信系統(tǒng)中至關重要的射頻部件之一。如果放大器的增益較低，會直接惡化系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，降低系統(tǒng)的靈敏度和動態(tài)范圍等。目前，為了獲得足夠的高頻增益，亞毫米波和太赫茲波頻段的放大器通常采用高頻特性良好、擊穿電壓高的砷化鎵、磷化銦等工藝。但是相比硅基，以上工藝的制作成本非常高，且集成度較低，所以極大地限制了亞毫米波和太赫茲波頻段的集成電路的發(fā)展。
為了在硅基工藝下實現(xiàn)太赫茲放大器，增益提升技術成為了科學研究的熱點。其中最有效的增益提升方法就是單向增益最大化技術(即，H.Bameri and O.Momeni,“Ahigh-gain mm-wave amplifier design:An analytical approach to power gainboosting,”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.52,no.2,pp.357–370,Feb.2017.)，在共源結(jié)構(gòu)中嵌入合適的線性、無耗、倒相四端口網(wǎng)絡，可以在保證放大器穩(wěn)定的前提下，提升放大器的單向功率增益。遺憾的是，這種單向增益最大化技術實現(xiàn)的是一種窄帶效果，并不能應用到寬帶無線通信系統(tǒng)中。
在眾多寬帶放大器結(jié)構(gòu)中，并聯(lián)電阻反饋實現(xiàn)帶寬拓展最為簡單方便(即，C.-W.Kim et al.,“An Ultra-Wideband CMOS Low Noise Amplifier for 3–5-GHz UWBSystem,”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.40,no.2,pp.544–547,February 2005.),這種反饋結(jié)構(gòu)中的電阻和電容取值較大，對拓展低頻帶寬非常有效。但是，反饋結(jié)構(gòu)中的大電阻會惡化放大器的噪聲系數(shù)，同時還會降低放大器的功率增益，另外，反饋結(jié)構(gòu)中的大電容僅僅起到隔絕直流的作用，一般來說，硅基工藝下制作的大電容，其Q值較低，這又會降低放大器的功率增益，惡化放大器的噪聲系數(shù)，以上兩種原因大大限制了這種帶寬拓展技術的應用。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述亞毫米波和太赫茲波應用的限制，本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服傳統(tǒng)硅基工藝的極限，提供一種工作頻率趨近于fT/2的寬帶放大器，在很高的頻帶內(nèi)(F波段)得到足夠的功率增益，并實現(xiàn)良好的增益平坦度。
本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：
一種工作頻率趨近于fT/2的寬帶放大器，包括多級放大器和電流偏置電路；
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