跨阻放大器的带宽扩展技术韩良1,2张兴宝2王新胜2赵富菊2(1哈尔滨工业大学微电子中心黑龙江哈尔滨150001)(2哈尔滨工业大学(威海)微电子中心山东威海264209)摘要：提出了一种针对CMOS跨阻放大器的带宽扩展技术。基于此技术，采用应用于0.18μm1.8VCMOS工艺，设计了一个RGC结构的跨阻放大器。仿真结果表明，该放大器具有66dB的跨阻增益，4.49GHz的带宽，输入等效噪声电流平均值为，该电路的功耗仅为15.4mW。关键词：CMOS，RGC，跨阻放大器，容性退化中图分类号：TN43文献标识码：ABandwidthEnhancementforTransimpedanceAmplifierHanLiang1,2,ZhangXingbao2,WangXingsheng2andZhaoFuju2(1MicroelectronicCenterofHarbinInstituteofTechnologyHarbinChina150001)(2MicroelectronicCenterofHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiWeihaiChina264209)Abstract:Anovelbandwidthenhancementtechniqueisproposed.Basedonthistechnique,aCMOSRGCtransimpedanceamplifier(TIA)ispresented,theproposedRGCTIAisimplementedin0.18μm1.8VCMOStechnology.Simulationresultsshowthatthetransimpedancegainis66dB,thebandwidthis4.49GHz,theaverageinputequivalentnoisecurrentis,andthepowerconsumptionisonly15.4mW.Keywords:CMOS,RGC,Transimpedanceamplifier,CapacitiveDegeneration引言近年来随着网络通信的迅猛发展，极大地推动了高速、超高速光纤通信系统发展。高速光纤系统数据传输要求光接收机的前端跨阻放大器有适当的带宽，以满足噪声和误码率的折中要求。其值一般为传输速率的(0.7-0.8)倍[1]。硅材料CMOS工艺以其高集成度、低功耗、低成本等特点被越来越广泛地应用于包括跨阻放大器在内的光纤通信集成电路设计。其结构形式有共源(CS-Commonsource)结构跨阻放大器，共栅(CG-commonGate)结构跨阻放大器，可调节共源共栅(RGC-RegulatedCascode)结构跨阻放大器。其中，RGC结构越来越多地应用于跨阻放大器的设计中，这是因为RGC结构具有极低的输入电阻(约为1/gm，gm为MOSFET的跨导)，可以很好地屏蔽输入寄生电容(包括光电二极管寄生电容，ESD保护电路寄生电容和输入PAD的寄生电容)，从而主极点不再位于输入点[2]，因而可以实现较宽的带宽设计。但是，由于硅材料CMOS自身较差的寄生特性以及MOSFET固有的低跨导特性，使得宽带设计变得较难实现[3]。为了实现跨阻放大器的宽带设计，多种技术已经被提出，如串联电感技术[3]，有源感性峰化技术(Inductive-peaking)[4]，容性峰化技术[5]，以及采用源跟随器(共漏级放大器)等。基于CMOS工艺和RGC结构，采用容性退化技术(CapacitiveDegeneration)设计了一个跨阻放大器。和传统的RGC跨阻放大器相比，在具有相同的跨阻增益的情况下，带宽明显增加。采用0.18μmCMOS工艺模型的仿真结果表明该电路具有66dB的跨阻增益，4.49GHz的带宽，带宽范围内，输入等效噪声电流平均值为。该电路的功耗仅为15.4mW。RGC跨阻放大器RGC输入级影响共源级和共栅级跨阻放大器带宽的主要原因是输入寄生电容。由于输入寄生电容一般较大，使主极点位于输入点且值较小，因此，很难实现宽带设计。为了能够很好地隔离输入寄生电容对带宽的影响，增大带宽，要求跨阻放大器输入级的输入阻抗尽可能地小。图1(a)所示的RGC输入级由于具有非常低的输入阻抗，被广泛应用在跨阻放大器的设计中。(b)图1(a)RGC输入级(b)(a)的小信号模型由图1(b)所示的小信号等效电路分析可得其输入阻抗约为式中C1=Cgs1+Cgd2，Ci=Cin+Csb1+Cgs2，其中Cgs1为M1管的栅-源寄生电容，Cgd2为M2管的栅-漏寄生电容，Csb1为M1管的源-衬底寄生电容，Cgs2为M2管的栅-源寄生电容，Cin为输入寄生电