文档介绍：------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— 65nm CMOS 工艺, 紧密型全差动 D-band CMOS 放大器 65nm CMOS 工艺,紧密型全差动 D-band CMOS 放大器摘要一种全差动 144GHz CMO S 放大器已经在 65n m 工艺下得到验证。它可以达到最大 20dB 的功率增益并且在大于 38GHz 的 126GHz 到 164GHz 的频率范围内具有正向增益。随着电路结构的层叠,该放大器可以承受最高 2V 的电源电压, 而不产生可靠性问题。在 2V 电源电压下,该放大器可以传送超过 的饱和输出功率,以及 5dB m 的 P1dB 。该放大器的特点是含带有片上级间匹配的三级共源共栅结构。该片占用 mm2 的区域, 并且在 以及 2V 电压下可以分别产生 39mA and 51m A 的电压。据我们所知, 在超过 100GH z的 CMO S 放大器中,该放大器可以提供最高的功率增益,它也因此为 D-ban d 雷达以及无源成像系统的应用铺好了路。 1 、介绍 CMOS 技术已经被广泛用于各种射频应用,比如移动电话、 WLAN ,以及蓝牙技术等,这主要源于它的特大的集成规模能力以及强大的片上数字信号处理能力。 CMOS 不仅在计算和微控制应用中作为主要部件, 它已经在单片集成电路及系统中具有统治地位。在空间、重量、功率限制的环境中, CMOS 技术继续推动科技前沿向集成更多复杂功能到单芯片的微型系统方向发展。现在的 CMOS 技术已经发展到可以集成高频应用, 比如在 60GHz ------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— ban d 或更高频率的 HDMI,WLAN, 以及 WPA N 通信等。一些V band CMO S 收发器已经得到验证,并且证明了 CMOS 毫米波( mm-Wave )的可行性。加上数字辅助方法以及片上自愈算法, CMOS 技术可以产生与更昂贵的 III-V 对应系统有同样性能的 III-V 系统。 Mm-Wave 放大器是收发器中一个最关键性及最具挑战性的隔离器件。该放大器在接收端作为低噪声放大器以获取小输入信号, 在发射端作为功率放大器以产生足够大的输出功率。尽管有缓慢晶体管以及 CMOS 中集成无源元件损失的限制, 一种通过采用虚拟填空微带线的 65nm CMOS 工艺 150GHz 放大器已经得到验证。该放大器具有 8dB 增益和 27GHz 带宽。它采用简单匹配拓扑技术另加优化晶体管来提高运行频率极限。 Reference [4] 展示了一个 65nm 工艺六阶 140GHz 放大器。在 电源下, 它可以达到最高 9dB 的增益。所有超过 100GH z 的放大器一般增益比较低( <10dB )并且采用单端结构。而这些特点都会妨碍他们在通信以及成像系统中的应用。这些应用需要足够高的增益来提高接收器的灵敏度。这些特点也由于它们对电源/ 地寄生效应以及衬底耦合的敏感性不利于集成到单片系统。为满足系统增益要求并且让其对共模噪声免疫, 该论文设计了一个约 140GH z 的全差动 CMO S 放大器。该设计不仅涉及到放大器设计, 也讨论器件尺寸/ 布局优化设计以及级间匹配。级间匹配附有测试结果。 2 、放大器设计 A. Mm-Wave CMOS 器件------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————尽管 65nm 工艺 CMOS 可以提供高于 200GHz/230GHz 的 fT和 fMAX ,但是代工厂不支持相应的器件模型。这是因为实际器件性能是对布局高度依赖的。尤其是,外在寄生参数,比如栅/源/ 漏电阻, 衬底电阻以及它们之间的耦合电容,最终决定了可能达到的最大增益。 MOS 的 fT和 fMAX 可以简单总结如下: 其中, Cgt 代表总的栅电容, Rg 是栅电阻, Cgd 是栅漏电容。为减少栅电阻,采用插指结构来增大栅宽,从而增大跨到 gm 。这不仅提高