基于傳輸線耦合效應(yīng)電壓反饋中性化的毫米波頻段放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于射頻與毫米波集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及高增益、低噪聲、低功耗與 低成本的毫米波頻段放大器設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CMOS (互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體〖Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)高速無(wú)線通信電路與系統(tǒng)的發(fā)展，和用戶對(duì)通信質(zhì)量和速度 體驗(yàn)等要求的不斷提高，信息交換速率不斷增長(zhǎng)，尤其是室內(nèi)高速通信需求變得越來(lái)越為 重要。據(jù)Mason預(yù)測(cè)，到2016年，全球無(wú)線通信數(shù)據(jù)量的80%將由室內(nèi)產(chǎn)生。在這樣的背景 下，無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network:WLAN)技術(shù)突飛猛進(jìn)，其中以IEEE 802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)最具代表性，目前已經(jīng)發(fā)展到第五代的802. llac和802. llad，頻率延拓到毫米波 頻段，通信數(shù)據(jù)率將可以達(dá)到數(shù)Gbps(Giga-bit-per-sec〇nd)及以上，因而吸引了學(xué)術(shù)界 和工業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。
[0003] 工作在射頻毫米波波段的放大器，需要在滿足低成本、低功耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高增益、 低噪聲，以降低接收機(jī)前端系統(tǒng)在高頻下的損耗與噪聲系數(shù)。傳統(tǒng)放大器由于晶體管柵漏 寄生電容0^的存在，在高頻下Miller效應(yīng)顯著，導(dǎo)致增益下降，并引入穩(wěn)定性問(wèn)題。文獻(xiàn) 〈〈A Transformer Neutralization Based 60GHz LNA in 65nm LP CMOS with 22dB Gain and 5. 5dB NF》使用了變壓器引入電壓反饋中性化來(lái)抵消Miller效應(yīng)，但是在射頻與毫米 波波段下，片上集成電感與變壓器不但品質(zhì)因數(shù)低，自諧振頻限制了工作頻段，且占用了很 大的面積，增加了成本，并不利于版圖的布局。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足，提出了一種基于傳輸線耦 合效應(yīng)電壓反饋中性化的毫米波頻段放大器，本發(fā)明的放大器在消除Miller效應(yīng)導(dǎo)致的 增益和穩(wěn)定性下降，保證增益的同時(shí)，相比已有技術(shù)，能夠很大程度上減小利用變壓器所占 用的面積，降低成本，并且擁有更小的噪聲系數(shù)和更低的功耗，從而提高收發(fā)機(jī)前端的性 能。
[0005] 本發(fā)明提出的一種基于傳輸線耦合效應(yīng)電壓反饋中性化的毫米波頻段放大器，其 特征在于，該放大器組成電路包括：一個(gè)NM0S晶體管，兩條相同長(zhǎng)度的傳輸線組成的耦合 線，一個(gè)反饋電容，一個(gè)隔直電容，一個(gè)偏置電阻，其中，NM0S晶體管的源端接地，NM0S晶體 管的漏端與耦合線中第一條傳輸線的第一端L1連接，并連接到該放大器的輸出端，該第一 條傳輸線的第二端L2連接電源，耦合線中第二條傳輸線與第一條傳輸線的第二端L2同側(cè) 的一端L3連接電源，而第二條傳輸線與傳輸線第一端L1同側(cè)的一端L4連接反饋電容的 一端，反饋電容的另一端連接NM0S晶體管的柵端，并同時(shí)與隔直電容和偏置電阻的一端相 連，隔直電容的另一端接該放大器的輸入端，偏置電阻的另一端接偏置電壓。
[0006] 本發(fā)明還可包括與該放大器電路級(jí)聯(lián)的多個(gè)放大器電路，相鄰兩級(jí)電路之間通過(guò) 匹配網(wǎng)絡(luò)相連。
[0007] 所述為由三段傳輸線（T1、T2、T3)構(gòu)成的T型結(jié)組成匹配網(wǎng)絡(luò)；其中，第一傳輸線 Τ1的一端接前一級(jí)放大器電路的輸出端，另一端同時(shí)與第二傳輸線Τ2和第三傳輸線Τ3的 一端相連，第二傳輸線Τ2的另一端接，第三傳輸線Τ3的另一端接后級(jí)一級(jí)放大器電路的輸 入端。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及有益效果：
[0009] 1、利用兩條傳輸線的耦合效應(yīng)，結(jié)合中性化電容C2,形成正反饋，在毫米波段下， 抵消了（^所引入的負(fù)反饋，在不增加功耗的前提下，極大的提高了增益，與不采用地技術(shù) 相比，若實(shí)現(xiàn)相同增益則降低了功耗，且不受限與已有技術(shù)中變壓器品質(zhì)因數(shù)和自諧振頻 率。同時(shí)，由于傳輸線布局的靈活性，比起利用電感和變壓器的耦合效應(yīng)，能夠減小芯片面 積，節(jié)約成本。
[0010] 2、在不增加功耗的前提下，電路擁有更好的噪聲性能，可以降低低噪聲放大器的 噪聲系數(shù)。
[0011] 3、本發(fā)可使用版圖布局方便靈活的兩條傳輸線作為一組耦合線，利用這組耦合線 的親合效應(yīng)，通過(guò)電壓反饋中性化來(lái)消除Miller效應(yīng)的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明提出的基于傳輸線耦合效應(yīng)電壓反饋中性化的毫米波頻段放大器 的電路圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中基于該放大器結(jié)構(gòu)工作在60GHz頻段的三級(jí)低噪聲放大器 的電路原理圖；
[0014] 圖3為該實(shí)施例中低噪聲放大器的S參數(shù)仿真結(jié)果；
[0015] 圖4為該實(shí)施例中低噪聲放大器的噪聲系數(shù)仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和特點(diǎn)更加清楚明確，下面結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施方 式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明與描述。
[0017] 本發(fā)明提出的基于傳輸線耦合效應(yīng)電壓反饋中性化的毫米波頻段放大器，在消除 Miller效應(yīng)導(dǎo)致的增益和穩(wěn)定性下降，保證增益的同時(shí)，相比已有技術(shù)，能夠很大程度上減 小利用變壓器所占用的面積，降低成本，并且擁有更小的噪聲系數(shù)和更低的功耗，從而提高 收發(fā)機(jī)前端的性能。
[0018] 本發(fā)明提出的基于傳輸線耦合效應(yīng)電壓反饋中性化的毫米波頻段放大器如圖1 所示，該放大器組成電路包括：一個(gè)NM0S晶體管MN，兩條相同長(zhǎng)度的傳輸線組成的耦合線 XM，一個(gè)反饋電容C2，一個(gè)隔直電容C1，一個(gè)偏置電阻R1，其中，NM0S晶體管麗的源端接地 GND，漏端與耦合線XM其中一條傳輸線的一端L1連接，并連接到該放大器的輸出端RFout， 該條傳輸線的另一端L2連接電源VDD，耦合線XM中另一條傳輸線與L2同側(cè)的一端L3連接 電源VDD，而與L1同側(cè)的一端L4連接反饋電容C2的一端，反饋電容C2的另一端連接NM0S 晶體管MN的柵端，并同時(shí)與隔直電容C1和偏置電阻R1的一端相連，C1的另一端接該放大 器的輸入端RFin，R1的另一端接偏置電壓Vbias。
[0019] 本發(fā)明的上述放大器還可根據(jù)不同應(yīng)用由多個(gè)放大器電路級(jí)聯(lián)而成，相鄰兩級(jí)電 路之間通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)相連。
[0020] 本發(fā)明的一種實(shí)施例為由三級(jí)放大電路和級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)組成的低噪聲放大器，其 電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中各級(jí)放大電路均為本發(fā)明的基于耦合線的放大器級(jí)聯(lián)，級(jí)間匹 配和輸出端匹配采用傳輸線的T型結(jié)進(jìn)行共輒匹配，輸入端用T型結(jié)進(jìn)行噪聲匹配。具體 電路說(shuō)明如下：
[0021] 第一級(jí)包括一個(gè)NM0