一种采用高效介质谐振器和非对称变压器的40纳米CMOS全差分D波段低噪声接收器

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：A Fully Differential D-Band Low-Noise Receiver With High-Efficiency Dielectric Resonator and Asymmetric Transformer in 40-nm CMOS

高增益低噪声D波段I/Q接收器设计采用40nm bulk CMOS工艺，集成高效率介质谐振器（DR）槽线天线抑制表面波泄漏，差分非对称变压器提升跨导同时保持共栅宽带特性，通过虚拟地结构优化g-m提升技术绕过寄生阻抗，实测峰值增益39.9dB，系统噪声系数7.5dB创CMOS工艺下最低纪录。

　　

摘要：

本文介绍了一种工作在D波段的高增益、低噪声I/Q接收器，该接收器采用40纳米体硅CMOS工艺实现。为了实现系统的高集成度和低噪声性能，采用了高效介质谐振器（DR）槽线天线。DR的运用有效抑制了硅基板中的表面波泄漏，减少了不必要的耦合，并确保了与接收器电路集成后的稳定辐射。为了提升增益性能，低噪声放大器（LNA）采用了差分非对称变压器结构，这种结构在保持共栅（CG）拓扑结构的宽带特性的同时，提高了晶体管的有效跨导（Gm）。通过利用差分结构的虚拟地技术，该增益提升技术绕过了解耦电容和键合线的寄生阻抗，从而相较于单端拓扑结构实现了更优异的性能和抗干扰能力。该接收器采用差分架构，并通过非对称变压器与天线的协同设计实现了噪声和阻抗的同时匹配。测量结果表明，该接收器的峰值增益达到39.9 dB，功耗仅为48.1 mW；接收器电路的噪声系数（NF）为6.5 dB，整个系统的噪声系数为7.5 dB。据作者所知，这是使用体硅CMOS工艺实现的D波段接收器中最低的系统噪声系数。