增益控制

22 nm FD-SOI 中具有可变增益控制和开关功能的 60 GHz 宽带 LNA

摘要 本文研究了一种具有可变增益控制的 60 GHz 低功耗宽带低噪声放大器 (LNA)。为了证明这一概念，该电路采用 22 nm 全耗尽绝缘体上硅 (FD-SOI) CMOS 技术实现。它通过增益峰值（增益分配）技术支持 60 GHz 的宽带操作。通过调整放大器的一些关键匹配网络，每级的峰值增益被分配到不同的频率，从而产生整体宽带频率响应。该电路由三个级联共源共栅放大器级组成。匹配网络针对带宽和噪声系数进行了优化。晶体管背栅用于 LNA 设计，以将电路切换到低功耗待机模式。这避免了基于前栅的切换在电压击穿和电路稳定性方面的问题。此外，通过背栅实现了在如此高频率下同时实现可变增益控制。与基于前栅的相比，基于背栅的可变增益控制可以实现增益的连续微调，同时对控制电压的精度或分辨率要求较低。在测量中，增益通过背栅成功从 20 dB 调低至 − 25 dB。在 1 V 标称电源的 8.1 mW 直流功率下，LNA 提供 20 dB 的峰值增益、18.5 GHz 的带宽和 3.3 dB 的最小噪声系数。当偏置在 0.4 V 的降低直流电源下时，所给出的电路仅消耗 2.5 mW 的直流功率，并且仍然提供 10 dB 的功率增益和约 4.5 dB 的最小噪声系数。通过切换到待机模式，LNA 在标称电源下消耗 850 µ W 的直流功率，在降低电源下消耗 240 µ W 的直流功率。与之前报告的设计相比，LNA 表现出色，具有最低的噪声系数以及具有竞争力的增益、带宽和直流功率。据作者所知，这是第一款通过单独的背栅偏置具有联合可变增益控制和切换功能的 60 GHz LNA。