[发明专利]一种76～81GHz的CMOS全集成功率放大器

说明书

本发明公开了一种76‑81GHz的CMOS全集成功率放大器，该放大器设计了具有高Q值的全集成串联匹配电感和并联谐振电感，用于共源共栅级间匹配来提高功率放大器的OPsubgt;1dB/subgt;；此外采用共栅管短路技术，将伪差分结构中共栅管M3和M4的栅极相接，为差分信号创造出了一个良好的交流地提升了电路的输出功率。本发明的CMOS全集成功率放大器，在工作频率78GHz处，当输入信号功率0dBm时，输出信号功率为15.7dBm，输出1dB压缩点（OPsubgt;1dB/subgt;）为14.1dBm，饱和输出功率16.5dBm，功率附加效率（PAE）为15%，功率增益22.2dB，能够满足汽车雷达系统的需求。

技术领域

本发明属于毫米波集成电路设计的技术领域，涉及一种基于55nm CMOS工艺，工作于76～81GHz的全集成功率放大器，可用于5G毫米波汽车雷达收发机系统。

背景技术

随着经济的迅速发展，我国汽车的数量剧增，交通安全已经成为了一个非常严峻的社会问题。如何提高汽车的安全措施是一个世界各国都在研究的一个课题。而汽车雷达对提高汽车行驶的安全性，尤其对于近几年发展的无人驾驶技术来说非常重要。其中毫米波雷达以其探测距离远、反应快、受气候影响小、目标识别能力强等特征，现已逐渐成为现代汽车雷达研发的重要方向。

目前，77.5-78GHz被划分为无线电定位服务，以支持毫米波雷达的发展，这使得整个76-81GHz频段都可用于车载雷达系统。该频段车载雷达带宽更大、分辨率更高、抗干扰能力强，且设备体积更小，更便于在车辆上安装和部署，而在汽车毫米波雷达中，占据收发机主要功耗的功率放大器的设计就极为重要。

随着半导体工艺器件的发展，CMOS工艺特征尺寸不断地减小，晶体管特征频率ft和单位增益频率fmax逐渐变大，这使得硅基毫米波集成电路得以实现。由于CMOS工艺具有集成度高、成本低，容易实现大规模部署等特征，现已逐渐成为毫米波电路设计的主流工艺。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于55nm CMOS工艺技术，工作频段为76～81GHz的全集成功率放大器。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种76～81GHz的CMOS全集成功率放大器，由MOSFET器件和无源器件相结合组成的电路，电路结构由输入变压器、驱动级电路、级间变压器、功率级电路和输出变压器组成。

设计了具有高Q值的全集成串联匹配电感和并联谐振电感，用于共源共栅级间匹配来提高功率放大器的OP1dB；采用共栅管短路技术将伪差分结构中共栅管M3和M4的栅极相接，为差分信号创造出了一个良好的交流地提升了电路的输出功率。其具体形式为：

单端信号输入端RF_IN与输入变压器TIN初级线圈一端相连，输入变压器TIN初级线圈的另一端接地；输入变压器TIN次级线圈的几何中心位置与第一偏置电压Vb₁相连，输入变压器TIN次级线圈的一端与第一晶体管M1的栅端相连，输入变压器TIN次级线圈的另一端与第二晶体管M2的栅端相连；