[發(fā)明專利]一種基于SiGe-BiCMOS工藝的共源共基放大器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210549651.0
• 申請(qǐng)日: 2022-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN114900138A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚靜石;劉成鵬;陳陽平;蘇黎明;龔海波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都明夷電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H03F3/45
• 分類號(hào): H03F3/45;H03F1/42;H03F1/02;H03F1/26
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51228
• 代理人: 尹新路

本發(fā)明提出了一種基于SiGe?BiCMOS工藝的共源共基放大器，包括輸入匹配單元、第一級(jí)差分共源共基單元、第二級(jí)差分共源共基單元、第三級(jí)差分共源共基單元、第四級(jí)差分共源共基單元、輸出阻抗匹配單元；與四級(jí)單端結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器相比，具有更好的抗噪聲能力，并且可以在較低的頻率下獲得更高的增益；與五級(jí)差分結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器相比，具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明在輸入級(jí)采用MOS晶體管，相比HBT晶體管，在較高頻率下獲得了更低的噪聲系數(shù)；輸入級(jí)采用復(fù)合晶體管結(jié)構(gòu)，提高了電路的功率增益；本發(fā)明采用的共源共基結(jié)構(gòu)，減小了器件的密勒效應(yīng)，有效地?cái)U(kuò)展了工作頻帶。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于SiGe-BiCMOS工藝的共源共基放大器。

背景技術(shù)

早在1957年H．Kroemer博士已經(jīng)提出了異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的概念，SiGe HBTBiCMOS工藝卻出現(xiàn)得較晚。由于SiGe掩膜增長問題的限制，直到1987年第一個(gè)HBT才正式出現(xiàn)。1990年HBT性能已經(jīng)超過了Si BJT，峰值f_T達(dá)到75GHz，是Si BJT的兩倍。1994年SiGeHBT工藝正式投入商業(yè)化生產(chǎn)。不久，整合了SiGe HBT技術(shù)和CMOS技術(shù)的SiGe HBT BiCMOS技術(shù)于1995年出現(xiàn)。從那之后，SiGe HBT BiCMOS技術(shù)迅速發(fā)展，性能已經(jīng)可以和同類最佳的ILI-V族化合物相媲美。第三代SiGe技術(shù)加入了pnp晶體管，f_T/f_max達(dá)到了80／120GHz，而第四代的 SiGeHBT的f_T/f_max達(dá)到375／210GHz，這使得SiGe HBT BiCMOS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域從各種模擬射頻應(yīng)用擴(kuò)展到微波和毫米波領(lǐng)域。SiGe BiCMOS具有類似于Ⅲ-Ⅴ族化合物的高性能，同時(shí)又具有集成度高、產(chǎn)量大和成本低的優(yōu)點(diǎn)，從而使得將數(shù)字、模擬、射頻和微波和毫米波模塊集成在一起構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片的設(shè)計(jì)方案成為可能。基于以上優(yōu)點(diǎn)，SiGeHBT BiCMOS技術(shù)可以為下一代地面和空間通信、微波和毫米波應(yīng)用提供所需要的高性能、高穩(wěn)定性、小尺寸，重量輕和低成本的收發(fā)機(jī)。

低噪聲放大器LNA是無線通信系統(tǒng)接收鏈路的一個(gè)重要模塊，它對(duì)信號(hào)電平進(jìn)行放大，同時(shí)不惡化輸入信號(hào)的信噪比。LNA是接收鏈路的第一級(jí)放大模塊，由級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的噪聲公式可知，LNA的噪聲系數(shù)直接被加入到系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)當(dāng)中。為了降低系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)，LNA的噪聲應(yīng)該盡可能地低。增益也是LNA的重要性能指標(biāo)，LNA在不降低信噪比的條件下應(yīng)盡可能地提寬帶，并保證線性度的要求。LNA需要放大大信號(hào)而不引入失真，因此線性度是LNA的另外一個(gè)重要性能指標(biāo)。LNA的設(shè)計(jì)在達(dá)到增益，線性度和噪聲要求的同時(shí)，還必須在規(guī)定的最小功耗的范圍內(nèi)。LNA和天線之間通常加入無源濾波器進(jìn)行濾波，后端通常接入特定阻抗的負(fù)載，因此要求LNA滿足輸入和輸出匹配條件。

雙極型LNA是最早在集成電路中實(shí)現(xiàn)的LNA。HBT晶體管由于具有功率密度大、增益高、相位噪聲低、線性度好、單電源工作等特點(diǎn)在射頻集成電路特別是射頻前端中得到了廣泛的應(yīng)用，但HBT晶體管噪聲系數(shù)隨著工作頻率增加呈現(xiàn)快速增長趨勢(shì)，而MOS晶體管噪聲系數(shù)隨工作頻率增加增長較為平緩，所以HBT晶體管不適合應(yīng)用于對(duì)噪聲系數(shù)有著嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。近幾年來SiGe BiCMOS技術(shù)已經(jīng)允許將HBT晶體管和CMOS晶體管集成在單個(gè)芯片上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和需求，提出了一種基于SiGe-BiCMOS工藝的共源共基放大器，本發(fā)明包括輸入匹配單元、輸出阻抗匹配單元、第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)差分共源共基單元；與四級(jí)單端結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器相比，本發(fā)明具有更好的抗噪聲能力，并且在較低的頻率下獲得了更高的增益，在較高頻率下獲得了更低的噪聲系數(shù)；與五級(jí)差分結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器相比，本發(fā)明具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性；基于區(qū)別于現(xiàn)行通用的GaAs、CMOS工藝的SiGe BiCMOS工藝，SiGe BiCMOS產(chǎn)品具有更低的功耗、更小的體積和更高的集成度，而且可以和其他電路集成在一起，同時(shí)SiGe BiCMOS工藝的發(fā)展也使得這種電路實(shí)現(xiàn)更加可行，電路成本更低。