[發明專利]一種76～81GHz的CMOS全集成功率放大器

有效

• 申請號: 201911344250.6
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111130473B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 張潤曦;朱曉劍;石春琦
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H03F3/213
• 分類號: H03F3/213;H03F1/56;H03F1/02
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種76?81GHz的CMOS全集成功率放大器，該放大器設計了具有高Q值的全集成串聯匹配電感和并聯諧振電感，用于共源共柵級間匹配來提高功率放大器的OPsubgt;1dB/subgt;；此外采用共柵管短路技術，將偽差分結構中共柵管M3和M4的柵極相接，為差分信號創造出了一個良好的交流地提升了電路的輸出功率。本發明的CMOS全集成功率放大器，在工作頻率78GHz處，當輸入信號功率0dBm時，輸出信號功率為15.7dBm，輸出1dB壓縮點（OPsubgt;1dB/subgt;）為14.1dBm，飽和輸出功率16.5dBm，功率附加效率（PAE）為15%，功率增益22.2dB，能夠滿足汽車雷達系統的需求。

技術領域

本發明屬于毫米波集成電路設計的技術領域，涉及一種基于55nm?CMOS工藝，工作于76～81GHz的全集成功率放大器，可用于5G毫米波汽車雷達收發機系統。

背景技術

隨著經濟的迅速發展，我國汽車的數量劇增，交通安全已經成為了一個非常嚴峻的社會問題。如何提高汽車的安全措施是一個世界各國都在研究的一個課題。而汽車雷達對提高汽車行駛的安全性，尤其對于近幾年發展的無人駕駛技術來說非常重要。其中毫米波雷達以其探測距離遠、反應快、受氣候影響小、目標識別能力強等特征，現已逐漸成為現代汽車雷達研發的重要方向。

目前，77.5-78GHz被劃分為無線電定位服務，以支持毫米波雷達的發展，這使得整個76-81GHz頻段都可用于車載雷達系統。該頻段車載雷達帶寬更大、分辨率更高、抗干擾能力強，且設備體積更小，更便于在車輛上安裝和部署，而在汽車毫米波雷達中，占據收發機主要功耗的功率放大器的設計就極為重要。

隨著半導體工藝器件的發展，CMOS工藝特征尺寸不斷地減小，晶體管特征頻率ft和單位增益頻率fmax逐漸變大，這使得硅基毫米波集成電路得以實現。由于CMOS工藝具有集成度高、成本低，容易實現大規模部署等特征，現已逐漸成為毫米波電路設計的主流工藝。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于55nm?CMOS工藝技術，工作頻段為76～81GHz的全集成功率放大器。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種76～81GHz的CMOS全集成功率放大器，由MOSFET器件和無源器件相結合組成的電路，電路結構由輸入變壓器、驅動級電路、級間變壓器、功率級電路和輸出變壓器組成。

設計了具有高Q值的全集成串聯匹配電感和并聯諧振電感，用于共源共柵級間匹配來提高功率放大器的OP1dB；采用共柵管短路技術將偽差分結構中共柵管M3和M4的柵極相接，為差分信號創造出了一個良好的交流地提升了電路的輸出功率。其具體形式為：

單端信號輸入端RF_IN與輸入變壓器TIN初級線圈一端相連，輸入變壓器TIN初級線圈的另一端接地；輸入變壓器TIN次級線圈的幾何中心位置與第一偏置電壓Vb₁相連，輸入變壓器TIN次級線圈的一端與第一晶體管M1的柵端相連，輸入變壓器TIN次級線圈的另一端與第二晶體管M2的柵端相連；