文献综述
- 低噪声放大器简要概述
低噪声放大器（LNA）被广泛运用作各类无线电接收机的中频或高频前置放大器，以及一些高灵敏度的电子探测设备的放大电路。可以说，LNA在各种电子通信系统中都有着非常重要的地位，是射频接收机前端的关键单元。
- 研究背景
近年来，无线通信技术迅速发展，通信技术的传输速率已经提升至10Gbps，要使用这么高的传输速率，既需要更有效的调制方式，也需要更大的工作带宽。因为现阶段低频段的频谱资源非常拥挤，难以实现超高速和超宽带。所以目前30GHz到300GHz的毫米波段就得到了研究人员的重点关注，这个频段的频谱资源丰富，且具有工作波长短，器件小，易于集成等优点。毫米波频段中 60GHz频段是免许可证的工业、科学、医疗（ISM）频段；71-76 GHz、81-86 GH 用于点对点的高速无线通信[1]。77 GHz都被用在汽车领域的无人驾驶技术上，其中一个重要的传感器是毫米波雷达，在技术上，77 GHz雷达传感器性能更加有力，其目标识别率、测速率和测距离的精准率较24 GHz雷达传感器提高了三至五倍。
硅基工艺凭借价格低廉、性能稳定和技术成熟等优点，正逐渐代替Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺。由于毫米波通信的研究现如今面临着许多问题，如传播衰减较大，穿透能力弱，所以许多毫米波电路是基于Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺的，这就导致制作成本增加，且集成度不高。如果将毫米波电路和硅基 CMOS工艺结合，就能实现在毫米波频段电路的集成度、性能和成本等方面的突破。
- 发展状况
近年来，有更多研究人员投身于低噪声放大器的研究与设计，促进了其性能的快速提升，频率从兆赫兹到吉赫兹；考虑到有源器件对噪声性能的影响，人们开始倾向于使用较少的晶体管，通过改进优化无源器件，来改善电路的整体性能。下面是对近几年国内外对低噪声放大器电路研究的阐述。
2011年，Han-Chih Yeh 提出了一种基于变压器的噪声抑制技术，他在论文中设计了两种多级堆叠的cascode结构的超低功耗 LNA，分别工作在Q波段和V波段，通过将变压器原副线圈分别放置在堆叠晶体管之间，来改善LNA的噪声性能；两种LNA都是3V的供电电压，最终实现：增益分别为20.3dB 和12.7dB，噪声系数最小分别为 4.6dB@40GHz和4.7dB@58GHz，消耗的功率分别为15mW和18mW[2]。
2015年，德国德累斯顿工业大学的David Fritsche等使用低功耗的28nmCMOS工艺设计了两级cascade结构的LNA，论文中通过对晶体管的版图进行仿真来选择合适的晶体管参数；通过对无源器件进行建模仿真来提高无源器件的Q值和匹配带宽，最终实现了13dB的增益，18GHz的带宽和4dB的最小噪声系数，其直流功耗为24 mW[3]。
2016年， 韩国电信研究所的Sunwoo Kong采用电流复用技术设计了一种V波段LNA，该LNA使两个共源结构堆叠共享电流，从而减小了直流功耗，同时该LNA还采用双变压器耦合技术，来改善电路的增益和稳定性[4]。
2017年，比利时鲁汶大学的Marco Vigilante 等采用了28 nm CMOS工艺设计了一种工作在E波段的接收机，该接收机中的LNA采用了三级结构来获得25dB 的增益，变压器在输入端不仅有单端转差分和输入匹配的作用，还可以作为ESD保护，四阶级间匹配使LNA实现了27.5GHz的带宽[5]。
目前国内的很多高校和研究所也开展了毫米波集成电路的研究，并取得了不错的进展。
