一款基于标准65纳米批量CMOS工艺制成的、集成有252-283 GHz射频放大器的100 Gb/s以上吞吐量TX/RX芯片组

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：A 100+Gb/s 252–283-GHz RF-Amplifier-Integrated TX/RX Chipset in Standard 65-nm Bulk CMOS

　　

摘要：

本文介绍了一种采用标准65纳米体硅CMOS技术的无线前端设计，该设计由放大器前置的接收器（RX）和放大器后置的发射器（TX）组成，工作频率为252–283 GHz，适用于符合IEEE 802.15.3d/802.15.3标准的高速点对点无线通信。为了解决晶体管增益有限和高无源损耗的问题（这些问题通常会限制J频段射频放大器的应用），本文提出了一种基于耦合中性化变换技术（CNTT）的宽带放大器。该放大器实现了28 dB的增益、2.1 dBm的饱和输出功率以及10.1 dB的最小噪声系数（NF），被分别用作TX中的功率放大器（PA）和RX中的低噪声放大器（LNA）。这种架构克服了传统混频器后置TX的输出功率限制以及混频器前置RX的灵敏度约束，同时有效抑制了频谱镜像和噪声。因此，TX的峰值辐射功率达到了0 dBm，RX的最小噪声系数也为11.9 dB（包括芯片内天线的损耗）。此外，基于CNTT技术的放大器前置结构能够为采用平衡增强技术的双平衡混频器提供0.2 dBm的驱动功率。这种配置简化了收发器的拓扑结构，并将转换增益（CG）提升至TX的15.8 dB和RX的13 dB（不包括中频放大器的增益）。所开发的芯片组在0.16米、0.5米和3米的传输距离下，支持115 Gb/s、84 Gb/s和40 Gb/s的空中数据传输速率。据我们所知，这是迄今为止在标准CMOS工艺中报道的J频段高速系统中最长的通信距离。