單芯片極窄微弱脈沖檢測系統設計

2 主要電路模塊設計
2．1 共柵型放大器A1
本檢測系統第一級為了較完整地接收并放大從片外50Ω微帶線傳來的極窄脈沖信號，使用了輸入阻抗較低的共柵型放大器Al，見圖3。通過選取合適的寬長比及偏置電流，M3、M4的跨導為20ms，A1的S11在1G帶寬內小于-10。R1、R2作為A1的負載，選用較為精確的高阻poly電阻，但其在工藝制作中仍會有較大的絕對偏差。第一級中信號較為微弱，A1中使用了共模反饋電路來穩定輸出端的直流成分，并抑制較低頻段的共模噪聲。

共模反饋電路中，M5的柵端通過R3、R4檢測輸出端的共模電平與Vref比較，將差值反饋于M11的柵端，進而改變M3等放大器核心器件的電流，構成了負反饋環路。V1、Il等偏置均為片內帶隙基準電路部分產生。
2．2 前置放大器A2
本放大器核心部分為兩對差分對管：M21、M22的柵端接差分輸入脈沖信號，M23、M24的柵端分別接直流參考電壓Vref+、Vref-，輸出信號Vo2見式(1)。當脈沖信號Kin大于Vref時，Vo2為正，經過后級電路模塊的放大及整形，輸出高電平(>1．79V)；反之輸出低電平(0．1V)。

2．3 使用有源電感的放大器A3
A3的電路結構見圖3。M33提高了放大器低頻增益的同時，顯著增大了輸出端Vout-和輸入端共源放大管M3l的漏端之間的阻抗，阻隔了輸出端信號通過M3l的柵漏交疊電容Cgd_M31回流輸入端的通路，從而提高了放大器的穩定性；同時降低了M31柵端到其漏端的增益AM31使M31柵端的密勒等效電容Cmil(見式(2))大為降低，從而提高了放大器的帶寬。

由于SMIC 0．18μm工藝寄生電容的影響，A3作為本系統的主放大器，還需要電感特性器件來進一步提高其帶寬達到1GHz。