18–36.6 GHz 宽带共栅极低噪声放大器：实现噪声与输入阻抗的同时匹配

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：An 18–36.6-GHz Common-Gate LNA With Broadband Simultaneous Noise and Input Impedance Matching

　　摘要：提出了一种基于共栅（CG）架构的宽带同时噪声与输入阻抗匹配（BSNIM）技术，用于实现毫米波（mmWave）低噪声放大器（LNA）。对共栅结构的噪声参数进行了详细分析。基于该分析，提出了一种基于BSNIM的理论框架，以克服传统共栅结构的性能折衷问题。在该框架的指导下，开发了一种采用混合磁-电（M-E）耦合网络实现宽带噪声匹配（NM）、采用双谐振负载网络实现输入阻抗调节的共栅结构，在实现BSNIM的同时提升了增益。随后，通过将所提出的共栅结构与第二级共级放大器级联，实现了一个完整的低噪声放大器，该级联结构为共栅级提供所需的负载网络，同时改善了工作带宽内的增益、稳定性和增益平坦度。该低噪声放大器采用台积电65纳米CMOS工艺制造，实现了优异的噪声匹配性能，同时表现出共栅结构特有的宽带输入匹配性能，与传统的共栅设计相比，其增益和噪声性能均有所提升。版图后仿真表明，NF ? NF_min在19.6 GHz至38.7 GHz范围内保持在0.1 dB以内。测量结果显示峰值增益为16.3 dB，3 dB带宽范围为18 GHz至36.6 GHz。测量的噪声系数（NF）在3.09 dB至4.13 dB之间变化，带内输入 referred 1 dB压缩点（IP1dB）范围为?15.5 dBm至?12.6 dBm。核心芯片面积为0.127 mm2，直流功耗为14.84 mW。