1 浙江师范大学工学院，浙江金华 321000
2 东南大学毫米波国家重点实验室，江苏南京 211189
3 IHP，Microelectronics，Frankfurt Oder，15236，Germany
4 Heinz Nixdorf Institute，Paderborn University，33102，Germany
为了实现太赫兹气体频谱分析传感器，对 245 GHz次谐波接收机芯片的片外测试展开研究。建立了 245 GHz次谐波接收机片外测试系统以及基于 245 GHz接收机芯片及发射机芯片的气体频谱分析传感器片外展示测试系统，对 245 GHz次谐波接收机芯片转换增益和带宽进行测试。片外测试系统得到 15 dB转换增益和 15 GHz带宽；片外展示测试系统得到 9 dB转换增益和 16 GHz带宽。片外测试系统和片外展示测试系统结果基本吻合。在片外展示测试系统中加入气腔，即构成气体频谱分析传感器。与现有同类型传感器相比，本文的次谐波接收机具有高增益、高带宽、集成本地振荡信号、低功耗等优势，非常适用于消费电子领域小体积的智能气体频谱分析传感器。
245 GHz次谐波接收机 片外测试系统 片外展示测试系统 气体频谱分析传感器系统 高增益 高带宽 低功耗 245 GHz subharmonic receiver off -chip measurementsystem off -chip demonstratormeasurement system gas spectroscopy sensor system high gain wide bandwidth low power consumption 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(3): 358
1 Engineering College, Zhejiang Normal University, Jinhua 32000, China
2 State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 11189, China
3 IHP, Microelectronics, Frankfurt Oder, 1526, Germany
4 Heinz Nixdorf Institute , Paderborn University, 33102, Germany
介绍了一种应用于气体频谱分析传感器的低功耗245 GHz次谐波接收机，该接收机具有低功耗、高线性度和高集成度的特点.该接收机由四级共基极低噪声放大器、二次次谐波无源反接并联二极管对（APDP）混频器、120 GHz推推型压控振荡器-分频器链路、120 GHz功率放大器和中频放大器构成，采用了特征频率为300 GHz、最大振荡频率为500 GHz的锗硅BiCMOS工艺实现.该接收机芯片实现了10.6 dB的转换增益和13 GHz的带宽，噪声系数为20 dB, 输入1dB压缩点仿真结果为-9 dBm，接收机如果不包括120 GHz压控振荡器-功率放大器链路功耗为99.6 mW，接收机包括120 GHz压控振荡器-功率放大器链路功耗为312 mW.
次谐波接收机 锗硅BiCMOS工艺 低功耗 共基极低噪声放大器 二次次谐波无源反接并联二极管对混频器 中频放大器 245 GHz 245 GHz subharmonic receiver SiGe BiCMOS technology low power common base LNA 2nd passive APDP SHM intermediate frequency (IF) amplifier
1 浙江师范大学工学院，浙江 金华 321000
2 东南大学毫米波国家重点实验室，江苏 南京 211189
3 德国莱布尼兹高性能创新微电子研究所，法兰克福 15236
4 帕德博恩大学海恩茨-尼克斯多夫研究所，帕德博恩 33102
基于IHP锗硅BiCMOS工艺，研究和实现了两种220 GHz低噪声放大器电路，并将其应用于220 GHz太赫兹无线高速通信收发机电路。一种是220 GHz四级单端共基极低噪声放大电路，每级电路采用了共基极(Common Base, CB)电路结构，利用传输线和金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal, MIM)电容等无源电路元器件构成输入、输出和级间匹配网络。该低噪放电源的电压为1.8 V，功耗为25 mW，在220 GHz频点处实现了16 dB的增益，3 dB带宽达到了27 GHz。另一种是220 GHz四级共射共基差分低噪声放大电路，每级都采用共射共基的电路结构，放大器利用微带传输线和MIM电容构成每级的负载、Marchand-Balun、输入、输出和级间匹配网络等。该低噪放电源的电压为3 V，功耗为234 mW，在224 GHz频点实现了22 dB的增益，3 dB带宽超过6 GHz。这两个低噪声放大器可应用于220 GHz太赫兹无线高速通信收发机电路。
低噪声放大器 共基级 共射共基 太赫兹无线高速通信收发机 BiCMOS工艺 LNA 220 GHz 220 GHz common base cascode high speed THz communication transceiver BiCMOS technology
