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

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，團隊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，從而實現(xiàn)無噪聲引入下的平坦帶寬。這兩項技術(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