2.5Gb/s低噪声差分交叉耦合跨阻放大器的设计与实现

本文基于UMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一款低噪声交叉耦合结构的跨阻放大器.该电路由优化的调节型共源共栅(RGC)结构和输出缓冲级构成,其中采用两级共源放大器作为RGC结构的辅助放大器,用于提升电路的等效跨导和带宽.此外,通过优化电路参数以及在输入端引入阶梯型无源匹配网络来进一步拓展带宽和降低电路噪声.测试结果表明,在探测器等效电容为300pF时,所设计跨阻放大器芯片的-3d B带宽为2.2GHz,跨阻增益为61.8d B?,平均等效输入噪声电流谱密度仅为9 pA/(Hz)~(1/2),成功实现了2.5Gb/s的传输速率.在1.8V电源电压下,芯片功耗为43m W,包括焊盘在内的芯片总面积为1×1mm~2.     

宽带电流模形式PHEMT前置放大器设计

设计并实现了基于0.2 μm PHEMT工艺的宽带电流模形式前置放大器.前置放大器将光电二极管产生的电流信号放大并转换为差分电压信号.电路为共栅结构,输入电阻小,减小了光检测器寄生电容对电路带宽的影响.设计时采用了电容峰化技术,可获得比普通共栅结构更宽的带宽.后仿真结果为,在单电源5 V,输出负载50 Ω的条件下,该前置放大器的跨阻增益为1.73kΩ,带宽可达到10.6 GHz,同时具有低噪声和较宽的线性范围,芯片面积为607 μm×476 μm.测试结果表明,此前置放大器可以很好地工作在10 Gbit/s速率上.     

基于CMOS工艺的并联双反馈跨阻放大器的设计与实现

针对传统调节型共源共栅(RGC)跨阻放大器在带宽和增益方面的不足,提出1种可拓展带宽和优化平坦度的并联双反馈结构的全差分跨阻放大器.另外,采用反相器替代共源极辅助放大器来提高增益,减小等效输入噪声电流.输出缓冲级的输入端引入无源电感形成π型网络,以抵消其寄生电容.基于UMC 0.18μm CMOS工艺,制备出所设计的跨阻放大器芯片,并将其压焊在FR-4基材的印刷电路板上.测试结果表明,差分跨阻放大器的-3 d B带宽为3.5 GHz,总跨阻增益达60 d BΩ,工作频带内的群延时波动小于25 ps,平均等效输入噪声电流密度为18.72 pA/√Hz.在1.8 V工作电压下,芯片功耗为32.4 mW,裸片面积为800μm×600μm.     

2.5 Gbit/s无电感高灵敏度宽动态范围前置放大器设计

基于0.18μm RF CMOS工艺设计一种应用于无源光网络光接收机的无电感型2.5 Gbit/s前置放大器。该前置放大器主要包括跨阻放大器、单端转差分运算放大器和输出级电路。跨阻放大器基于3级推挽反相器结构,具有高增益和低噪声的特点,提高前置放大器的灵敏度;分析零点补偿原理,设计位于反馈环路之中的虚零点,提高跨阻放大器的工作速率,增加稳定性。提出一种新的具有自适应功能的自动增益控制技术,使得跨阻放大器在不同光输入功率下保持带宽不变,环路稳定,具有宽动态范围特性。研究结果表明:在误码率为10-10,传输速率为2.5 Gbit/s时,该前置放大器的接收光灵敏度高达-29 d B·m,输入最大光功率为2 d B·m,动态范围达31 d B·m;在1.8 V的电源电压下,芯片功耗为30 m W,芯片总面积为1×0.7 mm2。     

晶体管混合π模型与网络Y参数模型的等效变换

Y参数模型是晶体管高频小信号放大电路分析中常采用的网络参数模型,以共射组态晶体管为例,通过电路转换及Y参数的定义,获得了共射组态晶体管Y参数与混合π型参数之间的关系.     

基于分集接收技术的可见光接收机前端电路

为了减弱噪声对可见光通信质量的影响,提高可见光通信系统的抗干扰性,基于台积电180 nmCMOS工艺,提出了一种抗噪能力较强的可见光接收机前端电路.电路主要包括跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除网络和输出缓冲级.输入端对信号进行两路接收,通过印制电路板绘制把外部两个光电二极管相连,对接收到的光电流信号进行等增益合并,合并信号作为输入信号提供给光接收机模拟放大电路,这种设计实现了分集接收技术,提高了光通信系统的信噪比.跨阻放大器采用调节型共源共栅结构,共源结构作为反馈环路,降低芯片的输入阻抗,共漏结构提高了跨阻放大器的带负载能力.限幅放大器采用改进CherryHooper型限幅放大器结构,引入反馈电阻降低级间等效电阻,扩展有效带宽,并通过增加负载电阻为支路提供偏置电流,有效提高了电路的输出范围.测试结果表明,在电源电压为1.8 V、光电探测器等效电容为5 pF时,光接收机的跨阻增益为88 dBΩ,-3 dB带宽为510 MHz,在误码率小于3.8×10-3的条件下实现了600 Mb/s的数据传输.芯片功耗为43.62 m W,整体面积为624μm×823μm,当误码率为10-9时,基于分集接收的光接收机的灵敏度为-11.5 dBm.对比实验表明,分集接收技术降低了可见光通信的误码率,提高了通信质量,因此基于分集接收技术的光接收机有望应用于室内可见光通信系统领域.     

InAlAs/InGaAs HEMT跨阻前置放大器的设计与实现

提出了基于耗尽型InAlAs/InGaAsHEMT器件的光纤通信接收机中的单电源跨阻前置放大器电路，并给出了设计方法与实验结果，该前置放大器采用单电源供电，单端输入，双端差动输出，由两级源级跟随器，一级输出级以及一个反馈电阻组成。当前置放大器工作在2.5Gbit/s时，跨阻可达62.5dBΩ，采用＋5V电源供电，功耗为272mW。     

CMOS RGC低噪声跨阻放大器

光纤通信系统接收端前置放大器的性能很大程度上决定着整个光纤通信系统的性能.基于CMOS工艺,给出了一个RGC结构的,应用于2.5Gbit/s光纤通信系统的低噪声跨阻放大器的实现方式.RGC结构具有极低输入电阻特性,同时,为了减小输入等效噪声电流和提高-3dB带宽,采用了跨导增大技术和感性峰值技术.采用SMIC的0.18μm CMOS工艺的仿真结果表明该电路具有61.23dB的跨阻增益,2.09GHz的带宽,输入等效噪声电流为9.4pA/(Hz)~(1/2),电路功耗仅为16.2mW.     

光纤通信接收机前置放大器的噪声分析

较深入地讨论了适用于光纤通信接收机的互阻杭前置放大器。并对其小信号参数及噪声性能分析对比表明,为获得低噪声、宽频带的良好性能,输入级采用ＧａＡｓＦＥＴ电路是前置放大器的最佳选择。     

基于噪声消除的低噪声放大器架构

提出了一种基于噪声消除与衬底交叉耦合技术的宽带低噪声放大器(LNA)架构,在共栅(CG)与并联反馈组合的噪声消除结构基础上,采用了衬底偏置和衬底交叉耦合技术使输入级的等效跨导增大,提高了噪声消除路径中的消除率,降低了电路的噪声指数.基于噪声消除原理,通过在输入级金属氧化物晶体管(MOS)的衬底上采用无源增益增强的方式,增加了输入级跨导的自由度,改善了原结构输入匹配与噪声指数之间相互制约的问题.根据LNA架构中节点的基尔霍夫电流公式,分析了新架构的增益、输入匹配和噪声指数.与现有噪声消除结构相比,采用衬底交叉耦合技术使这个LNA架构的噪声指数降低了13.3%.