Компьютерный символьный анализ и исследование сигнальных характеристик СВЧ-интегрального трансимпедансного усилителя на КМОП-транзисторах

DOI: 10.21293/1818-0442-2023-26-1-7-15

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Предложена методика исследования и проектирования СВЧ-трансимпедансных усилителей (ТИУ), основанная на совместном применении компьютерного символьного анализа и линейных моделей КМОП-транзисторов в виде эквивалентных схем (ЭС). Методика дает возможность проанализировать с помощью автоматически генерируемых аналитических выражений влияние различных параметров схемы на характеристики усилителя и получить рекомендации для проектирования ТИУ. Исследование влияния отдельных элементов ЭС-приборов помогает выбрать конструкцию и размеры КМОП-транзисторов для интегральных ТИУ. С использованием компьютерного символьного анализа исследован ТИУ по схеме общий исток–общий сток с параллельной обратной связью по напряжению. Проведен анализ зависимостей основных характеристик СВЧ ТИУ (трансимпеданса, группового времени задержки, входного и выходного импедансов) от величин элементов схемы и параметров транзисторов, а также анализ устойчивости усилителя. Показано, что, в отличие от обычно используемого анализа ТИУ на базе идеализированных моделей активных элементов, предлагаемый подход обеспечивает достаточную точность расчета характеристик усилителя вплоть до частоты 30 ГГц.

Ключевые слова: трансимпедансный усилитель, СВЧ, ИС, КМОП-транзистор, малосигнальная модель, символьный анализ, компьютерная алгебра

Сведения о финансировании: Работа выполнялась в рамках государственного задания при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (уникальный идентификатор FEWM-2022-0006).

Библиография статьи:
Коряковцев А. С. Компьютерный символьный анализ и исследование сигнальных характеристик СВЧ-интегрального трансимпедансного усилителя на КМОП-транзисторах / А. С. Коряковцев, Л. И. Бабак, А. А. Коколов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2023. – Т. 26, № 1. – С. 7–15. DOI: 10.21293/1818-0442-2023-26-1-7-15

Авторы и правообладатели:

  • Коряковцев А. С. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия),
  • Бабак Л. И. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
  • Коколов А. А. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)

  • 1. Sackinger E. Analysis and design of transimpedanceamplifiers for optical receivers. – Hoboken: Wiley, 2018. – 573 р.
  • 2. Razavi B. Design of integrated circuits for optical communications. – Hoboken: Wiley, 2012. – 444 р.
  • 3. Gao J. Optoelectronic integrated circuit design and device modeling. – Beijing: Higher Education Press, 2011. – 292 р.
  • 4. Voinigescu S. High-frequency integrated circuits. – New York: Cambridge University Press, 2013. – 902 р.
  • 5. Romanova A. A review of modern CMOS transimpedance amplifiers for OTDR applications / A. Romanova, V. Barzdenas // Electronics. – 2019. – PР. 1–33.
  • 6. Wang Y. A 3-mW 25-Gb/s CMOS transimpedanceamplifier with fully integrated low-dropout regulator for 100Gbesystems / Y. Wang, Y. Lu, Q. Pan, Z. Hou, L. Wu, W. Ki, P. Yue // IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium. – 2014. – PР. 275–275.
  • 7. Zimmermann H. Silicon optoelectronic integrated circuits. – Vienna: Springer, 2019. – 456 р.
  • 8. Fakhfakh M. Design of analog circuits through symbolic analysis. – Tunisia: Bentham Books, 2012. – 468 р.
  • 9. Трохименко Я.К. Метод обобщенных чисел и анализ линейных цепей. – М.: Сов. радио, 1972. – 212 с.
  • 10. Девенпорт Дж. Компьютерная алгебра. Системы и алгоритмы алгебраических вычислений / Пер. с фр. / Под ред. А.В. Михалева. – М.: Мир, 1991. – 352 с.
  • 11. Бабак Л.И. Анализ линейных шумящих СВЧ-цепей с использованием топологической матрицы рассеяния // Вестник ТГПУ. – 2005. – № 7. – С. 11–17.
  • 12. Горовиц А.М. Синтез систем с обратной связью. – М.: Советское радио, 1970. – 603 с.
  • 13. Макаров И.М. Линейные автоматические системы / И.М. Макаров, Б.М. Менский. – М.: Машиностроение, 1977. – 464 с.
  • 14. Брауде Г.В. Коррекция телевизионных и импульсных сигналов. – М.: Связь, 1967. – 249 с.
  • 15. Бабак Л.И. Пакет программ автоматизированного расчета транзисторных широкополосных и импульсных УВЧ- и СВЧ-усилителей / Л.И. Бабак, А.Н. Шевцов, Р.Р. Юсупов // Электронная техника. – Сер. 1: СВЧ-техника. – 1993. – № 3. – С. 60–63.
  • 16. Коряковцев А.С. Символьный анализ и расчет входного каскада СВЧ-трансимпедансного усилителя по схеме КМОП-инвертора с обратной связью / А.С. Коряковцев, Л.И. Бабак, А.А. Коколов // ХII Всерос. науч.-техн. конф. «Электроника и микроэлектроника СВЧ», г. Санкт-Петербург, 2023 (в печати).
  • 17. Сигорский В.П. Матрицы и графы в электронике. – М.: Энергия, 1986. – 178 с.
  • 18. Коколов А.А. Методика построения малосигнальной модели СВЧ-транзистора с высокой подвижностью электронов / А.А. Коколов, Л.И. Бабак // Доклады ТУСУР. – 2010. – № 2. – С. 153–156.
  • 19. Коколов А.А. Обзор математических моделей СВЧ-полевых транзисторов с высокой подвижностью электронов / А.А. Коколов, Ф.И. Шеерман, Л.И. Бабак // Доклады ТУСУР. – 2010. – № 1. – С. 118–123.
  • 20. Koryakovtsev A.S. A DC-20 GHz integrated linear photonic receiver in a 0.25 um BiCMOS SiGe:C technology / A.S. Koryakovtsev, A.A. Kokolov, D.A. Konkin, F.I. Sheyerman, L.I. Babak // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). – 2019. – PР. 1–4.
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru