一种用于多自旋/超导量子比特读出的40纳米CMOS超宽带低温低噪声放大器

《IEEE Microwave and Wireless Technology Letters》：An Ultrawideband Cryogenic LNA in 40-nm CMOS for Multiple Spin/Superconducting Qubit Readout

提出了一种基于40nm CMOS工艺的超宽带低温低噪声放大器（LNA），采用电流复用和堆叠反向器输入噪声抵消技术，在4K下实现37dB增益、0.15-8GHz带宽和0.4dB最小噪声系数，适用于量子比特读出。

　　

摘要：

本文介绍了一种超宽带低温低噪声放大器（LNA），该放大器采用了电流复用技术以及基于堆叠逆变器的输入参考噪声（IRN）消除技术，设计在40纳米CMOS工艺中实现。第一级放大器采用了具有电流复用功能的IRN降低型高Q值电感器、基于堆叠逆变器的并联-电阻反馈输入级，以及一种适用于低温环境的背栅偏置技术来调节阈值电压。第二级为共源（CS）主放大器，其后接一个共栅电流复用辅助放大器，用于抑制主放大器的通道热噪声。第三级为基于电流复用的CS逆变器形式的后置放大器缓冲级。在4 K温度下，该LNA的峰值增益达到37 dB，带宽（BW）覆盖0.15至8 GHz范围，3.2 GHz时的噪声系数（NF）最低为0.4 dB，功耗（PDC）仅为13.2 mW。据我们所知，与已发表的4 K工作温度下的CMOS LNA相比，本文提出的LNA在带宽和性能指标（FoM）方面表现最为优异。该LNA适用于自旋量子比特和超导量子比特的读出应用。