陶 李，田 彤

(1.中国科学院 上海微系统与信息技术研究所，上海 200050；2.中国科学院大学，北京 100049)

毫米波功率放大器(MilliMeter wave Power Amplifier，MM-wave PA)作为毫米波收发机系统的关键组件，广泛地应用于所有的毫米波收发系统中。最近十年来，得益于Si CMOS工艺制程的技术水平不断提升，相关硅基有源器件的截止频率及其在毫米波频段的频率响应等性能得到了显著改善。相应地，毫米波功率放大器的研究也得到了极大的推动和发展。由于晶体管本身的增益限制和衬底损耗等原因，Si CMOS功率放大器的功耗问题一直备受诟病，如何获得理想的大功率输出是个非常严峻的挑战。而且随着工艺节点的不断降低，晶体管的标准工作电压也随之降低。因此在较低的工作电压下，通过合理的设计来获得较高的工作电流，且承受较大的漏极电压摆幅，以实现大功率输出是非常有挑战的目标。

1 功率放大器电路设计

1.1 中和电容与稳定性

功率放大器的基本功能是放大交流功率，其前提是不发生振荡，也就是在晶体管的截止频率范围以内绝对稳定。晶体管栅极寄生电容等寄生参数以及严重失配的阻抗匹配网络都可能导致功率放大器的反向隔离效果变差，最终导致形成正反馈通道，引发振荡。

如图1所示，共源差分对中由栅极和漏极之间的寄生电容CGD引入了一个与信号传输方向相反的通路，降低了反向隔离度，进而影响功率放大器的稳定性[1]；此外如果晶体管的栅极和源极之间的寄生电阻rG，P或者晶体管导通电阻ro较大，都会降低稳定性系数K变小，从而影响功率放大器的稳定性。……