近期，微電子所智能感知芯片與系統研發中心喬樹山團隊在超寬帶低噪聲單片集成電路研究方面取得重要進展。

微弱信號處理鏈路對噪聲極為敏感，低噪聲放大器作為信號鏈路的關鍵元器件，決定了微弱信號的檢測靈敏度。傳統的低噪聲芯片受晶體管的增益滾降、噪聲和帶寬相互制約的影響，導致各類系統的靈敏度和帶寬無法滿足信號多樣性要求。同時，當電路長期工作在低溫環境時，放大器的不穩定性加劇，導致系統可靠性降低。

為了解決以上問題，團隊提出了可用于改變晶體管增益滾降的負阻技術和跨導重構技術，并且沒有引入額外的熱噪聲；負阻利用晶體管源極容性器件與自身寄生電容，實現高頻增益激增，抑制增益滾降，該增益滾降抑制方式在一定程度上實現了對后級噪聲的抑制；跨導重構利用晶體管和源極電容對低頻信號的整型作用，使該放大單元的等效跨導在低頻呈現隨頻率增加特性，在高頻呈現恒定跨導特性，從而實現無噪聲引入下的平坦帶寬。這兩項技術從本質上解決了帶寬和噪聲相互制約的問題，使超寬帶低噪聲單片微波集成電路性能得到提升，同時為帶寬拓展領域的研究提供了新思路。為了保證引入負阻后的放大器的穩定性，提出級間穩定性用等效品質因子衡量的準則，在該準則下設計了可工作在常溫，高低溫的芯片，芯片表現出出色的帶寬和噪聲性能，并且芯片整體性能處于行業內領先水平。

以上研究成果分別以“A4–22 GHz Ultra-Wideband Low-Noise Amplifier With 0.8–1.5 dB NF and 28–31 dBGain Enhanced by the Negative Load Impedance”為題發表在IEEETRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—I: REGULAR PAPERS(DOI：10.1109/TCSI.2024.3448534)，以“A Compact6–24-GHz Current-Reuse LNA With Bandwidth and Noise Enhancement”為題發表在IEEEMICROWAVE AND WIRELESS TECHNOLOGY LETTERS(DOI：10.1109/LMWT.2023.3341145)。微電子所博士研究生張曉杰為上述論文第一作者，微電子所梁曉新研究員為上述論文的通信作者。

圖1 基于負阻技術的芯片設計

圖2 跨導重構原理及芯片設計

圖3負阻引入及跨導重構效果