微波CMOS有源巴伦的系统化设计方法论与实验验证

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A Systematic Three-Port Matching Design Methodology for 6-GHz CMOS Active Baluns

　　**摘要：**在微波频段设计CMOS有源巴伦（balun）极具挑战性，主要原因在于存在强烈的寄生效应、异质信号路径，以及需要同时对多个电路端口进行匹配。本工作提出了一种微波CMOS有源巴伦的系统化设计方法论，该方法结合了g_m/I_D晶体管尺寸设计、三端口同时共轭匹配（SCM）流程以及扩展改进节点分析法（EMNA）评估框架。通过将有源巴伦建模为三端口网络，所提出的方法能够在保持与技术受限无源元件一致性的前提下，设计输入端和差分输出端的匹配网络。该方法支持对设计空间的探索，并通过性能预测和帕累托数值分析揭示了增益、噪声系数与功耗之间的折中关系。基于EMNA的预测在636个选定的工作点上与全电仿真进行了验证，结果表明在整个可行设计空间内二者具有高度一致性。一个采用65 nm CMOS工艺、工作频率为6 GHz、供电电压为1.2 V的有源巴伦原型进一步通过实验验证了所提出的设计流程。