锗硅宽带低噪声放大器和激光驱动器集成电路设计研究

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锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)作为微波毫米波领域中非常重要的高速固态器件,由于具有功率密度和增益高、相位噪声低、线性度好、单电源工作、芯片面积小和性能价格比高等特点,已经逐步发展为MMIC和光纤通信领域中一个非常有竞争力的技术。低噪声放大器特别是支持多协议的宽频带低噪声放大器和激光驱动器电路分别作为射频前端收发系统和光纤通信系统中的重要模块,两者的性能对整个系统有着很大的影响。因此利用SiGe HBT工艺研究高性能的宽带低噪声放大器和激光驱动器成为未来这两个领域的一个重要发展方向。本文在对宽带低噪声放大器以及激光驱动器的相关理论和技术进行深入分析的基础上,一方面,采用多电阻反馈技术设计和研制了SiGe HBT宽带低噪声放大器。首先,根据文献中的反馈原理对电路中的电阻反馈环路进行等效处理,同时利用简化后的小信号等效电路对增益、输入/输出阻抗、极点和噪声系数进行详细的理论推导和分析,进而得到反映其物理意义的表达式,然后以此为指导完成了电路仿真和电路设计。另一方面,我们对激光驱动器的主通道电路进行研究和设计,采用Push-Pull驱动电路和Miller电容补偿技术的输出级来改善整体电路的带宽,提高信号的速度。本文采用上海华虹公司提供的SiGe HBT工艺对两种电路进行仿真验证,并进行了版图的布局布线和优化,最终进行流片验证。其中,我们还利用非线性网络分析仪和微波探针台对宽带低噪声放大器芯片进行了详细测试,测试结果表明宽带低噪声放大器的设计满足指标的要求,包括电路的3dB带宽为3.3GHz,峰值增益为33dB,输入/输出驻波比在3dB带宽的范围内小于2.0,噪声系数在100MHz-6GHz小于4.25dB,OP1dB和OIP3在3dB带宽处分别为1.7dBm和11dBm,其综合性能可以与很多国内外发表的基于先进成熟工艺的宽带低噪声放大器的性能可以比拟,表现出较强的竞争力。
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