结合片上变压器的跨阻放大器的分析与设计

发布时间：2020-11-13 10:06

　　 由于信息时代的到来及其迅速发展,使得通信技术在社会发展中扮演的角色越来越重要。光纤通信由于其传输速率快、稳定性强、携带信息量大因而具有广阔的发展前景,尤其在军事、互联网以及传媒等方面更是有着不可替代的作用,现如今,光纤通信技术正在不断推动着整个通信行业大步向前发展。而作为光接收机最前端的电路,跨阻放大器不仅起着将电流信号转换为电压信号并放大的作用,而且整个光接收机的性能都与其密切相关。论文的主要工作内容如下:1)对重要的无源器件片上螺旋电感和变压器进行了分析,以片上螺旋电感为基础,重点介绍了电感的损耗机制,设计了一款可应用于射频(Radio Frequency,RF)领域的片上螺旋电感,并对其等效电路模型参数进行了提取,接着对物理模型与等效电路模型通过电磁仿真(EM)做了验证。在片上螺旋电感设计的基础上,设计了一款可广泛应用于RF领域的4端口片上变压器。2)对基本跨阻放大器原理进行了分析,基于SMIC 180nm CMOS工艺对基本的跨阻放大器性能进行了仿真分析。电感峰化技术因其提升带宽幅度明显、功耗低而广泛应用于射频电路中,而相比于片上电感,片上变压器占用的芯片面积大大减少,并且其精度更高,可靠性更好。所以结合设计的片上变压器,将其应用于跨阻放大器的输入级与放大级,利用变压器的感性,起到提升电路带宽的作用。仿真结果显示,电路在达到58.9dBΩ跨阻增益和10.8GHz的-3dB带宽的同时,等效输入噪声电流谱密度仅为13.5pA/sqrt(Hz),相比于不带片上变压器的电路,带宽得到了明显的提升。3)对本文设计的带片上变压器的跨阻放大器进行了流片、封装与测试。针对芯片测试做了测试方案,其中包括测试需要用到的设备,以及设计键合PCB测试板以满足测试要求,并对芯片做了简单的直流测试,测试结果与仿真结果相差不大,基本符合设计要求。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN722;TM41
【部分图文】：

级采用级联的 RGC 结构目的是为了降低输入阻抗，级间采用来扩展电路带宽。电路采用单电源供电，电源电压为 3V，工5um CMOS 工艺，跨阻放大器的增益为 54dBΩ，-3dB 带宽参考噪声电流仅仅为 800nA。[2]设计了一款光接收机前端放大器，电路设计基于 180nm C电路的工作速率为 5Gb/s。电路设计采用全差分结构，目的是合引起的共模噪声。再电源电压为 1.8V 的情况下，电路增输入参考噪声电流仅为 13.5pA/sqrt(Hz),与此同时电路功耗。

SungMingpark提出的跨阻放大器

M6W=125RB RDIpdCT0.3pFRs1 Rs2CLM1W=20M2W=40图 1.7 Mahmood Seifouri 提出的 RGC-TIA 电路2017 年，Dan Li, Mingan Liu, Li Geng 基于 180nm CMOS 工艺设计了一种新的工作速率为 10Gb/s 的跨阻放大器电路，此电路克服了传统的跨阻放大器的限制，在低噪声与高增益上取得了很好的效果[7]。在 1.8V 电压下，电路的跨阻增益为 68.3dBΩ，等效输入噪声电流功率谱密度仅为 0.97 uArms。
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本文编号：2882069