一款15–28 GHz低噪声放大器，其在整个K波段内的增益波动仅为0.75 dB

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A 15–28 GHz Low-Noise Amplifier With 0.75-dB Gain Ripple Across the Full K-Band

基于90纳米SiGe BiCMOS工艺设计了一款15-28 GHz宽带低噪声放大器，采用磁耦合谐振器（MCR）扩展带宽并实现输出匹配，通过发射极-集电极反馈变压器抑制带内纹波，峰值增益19.3 dB，噪声系数2.9-3.9 dB，1dB压缩点稳定，核心面积0.11 mm2，功耗9.7 mW。

　　

摘要：

本文介绍了一种15–28 GHz宽带低噪声放大器（LNA）的设计，该放大器采用磁耦合谐振器（MCR）来实现带宽扩展和输出匹配。为了解决在芯片上电感值有限的情况下增加带宽时出现的带内纹波问题，引入了发射极-集电极反馈变压器，通过生成一个额外的极点来减少MCR的纹波。这种方法能够在保持最小增益纹波的同时实现带宽扩展。该LNA采用90纳米SiGe BiCMOS技术制造，核心面积为0.11平方毫米。它在15–28 GHz的3 dB带宽范围内实现了19.3 dB的峰值增益，16–26.7 GHz范围内的增益纹波为0.75 dB。测得的噪声系数（NF）在2.9到3.9 dB之间。此外，输入1 dB增益压缩点（IP1 dB）在整个3 dB增益带宽内始终稳定在-27到-24.5 dBm之间。该LNA在1.2 V电源下功耗为9.7 mW。

引言

宽带毫米波前端在K波段（18-26.5 GHz）应用中至关重要，例如第五代（5G）无线通信、卫星通信、雷达和天文探索。BiCMOS技术已被证明适用于毫米波应用，它能够集成偏置电路和数字逻辑，非常适合对面积和成本要求较高的大规模系统[1]。低噪声放大器（LNA）是毫米波前端设计中的关键组件，因为它必须在整个工作频段内提供足够的功率增益（约20 dB）和最小的增益纹波。除了实现高且平坦的功率增益外，LNA还必须确保良好的输入和输出匹配以及低噪声系数（NF）。此外，还需要足够的线性度来减少互调效应。随着工作频率的提高，LNA的带宽和增益逐渐受到无源元件寄生效应和有源器件截止频率的限制，这给单片微波集成电路（MMIC）设计带来了挑战。此外，在宽带LNA中，输入匹配和噪声匹配之间存在权衡。