近期，微電子所智能感知芯片與系統(tǒng)研發(fā)中心喬樹山團(tuán)隊(duì)在超寬帶低噪聲單片集成電路研究方面取得重要進(jìn)展。

微弱信號處理鏈路對噪聲極為敏感，低噪聲放大器作為信號鏈路的關(guān)鍵元器件，決定了微弱信號的檢測靈敏度。傳統(tǒng)的低噪聲芯片受晶體管的增益滾降、噪聲和帶寬相互制約的影響，導(dǎo)致各類系統(tǒng)的靈敏度和帶寬無法滿足信號多樣性要求。同時，當(dāng)電路長期工作在低溫環(huán)境時，放大器的不穩(wěn)定性加劇，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低。

為了解決以上問題，團(tuán)隊(duì)提出了可用于改變晶體管增益滾降的負(fù)阻技術(shù)和跨導(dǎo)重構(gòu)技術(shù)，并且沒有引入額外的熱噪聲；負(fù)阻利用晶體管源極容性器件與自身寄生電容，實(shí)現(xiàn)高頻增益激增，抑制增益滾降，該增益滾降抑制方式在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對后級噪聲的抑制；跨導(dǎo)重構(gòu)利用晶體管和源極電容對低頻信號的整型作用，使該放大單元的等效跨導(dǎo)在低頻呈現(xiàn)隨頻率增加特性，在高頻呈現(xiàn)恒定跨導(dǎo)特性，從而實(shí)現(xiàn)無噪聲引入下的平坦帶寬。這兩項(xiàng)技術(shù)從本質(zhì)上解決了帶寬和噪聲相互制約的問題，使超寬帶低噪聲單片微波集成電路性能得到提升，同時為帶寬拓展領(lǐng)域的研究提供了新思路。為了保證引入負(fù)阻后的放大器的穩(wěn)定性，提出級間穩(wěn)定性用等效品質(zhì)因子衡量的準(zhǔn)則，在該準(zhǔn)則下設(shè)計了可工作在常溫，高低溫的芯片，芯片表現(xiàn)出出色的帶寬和噪聲性能，并且芯片整體性能處于行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。

以上研究成果分別以“A4–22 GHz Ultra-Wideband Low-Noise Amplifier With 0.8–1.5 dB NF and 28–31 dBGain Enhanced by the Negative Load Impedance”為題發(fā)表在IEEETRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I: REGULAR PAPERS(DOI：10.1109/TCSI.2024.3448534)，以“A Compact6–24-GHz Current-Reuse LNA With Bandwidth and Noise Enhancement”為題發(fā)表在IEEEMICROWAVE AND WIRELESS TECHNOLOGY LETTERS(DOI：10.1109/LMWT.2023.3341145)。微電子所博士研究生張曉杰為上述論文第一作者，微電子所梁曉新研究員為上述論文的通信作者。

圖1 基于負(fù)阻技術(shù)的芯片設(shè)計

圖2 跨導(dǎo)重構(gòu)原理及芯片設(shè)計

圖3負(fù)阻引入及跨導(dǎo)重構(gòu)效果