单芯片极窄微弱脉冲检测系统设计

2 主要电路模块设计
2．1 共栅型放大器A1
本检测系统第一级为了较完整地接收并放大从片外50Ω微带线传来的极窄脉冲信号，使用了输入阻抗较低的共栅型放大器Al，见图3。通过选取合适的宽长比及偏置电流，M3、M4的跨导为20ms，A1的S11在1G带宽内小于-10。R1、R2作为A1的负载，选用较为精确的高阻poly电阻，但其在工艺制作中仍会有较大的绝对偏差。第一级中信号较为微弱，A1中使用了共模反馈电路来稳定输出端的直流成分，并抑制较低频段的共模噪声。

共模反馈电路中，M5的栅端通过R3、R4检测输出端的共模电平与Vref比较，将差值反馈于M11的栅端，进而改变M3等放大器核心器件的电流，构成了负反馈环路。V1、Il等偏置均为片内带隙基准电路部分产生。
2．2 前置放大器A2
本放大器核心部分为两对差分对管：M21、M22的栅端接差分输入脉冲信号，M23、M24的栅端分别接直流参考电压Vref+、Vref-，输出信号Vo2见式(1)。当脉冲信号Kin大于Vref时，Vo2为正，经过后级电路模块的放大及整形，输出高电平(>1．79V)；反之输出低电平(0．1V)。

2．3 使用有源电感的放大器A3
A3的电路结构见图3。M33提高了放大器低频增益的同时，显著增大了输出端Vout-和输入端共源放大管M3l的漏端之间的阻抗，阻隔了输出端信号通过M3l的栅漏交叠电容Cgd_M31回流输入端的通路，从而提高了放大器的稳定性；同时降低了M31栅端到其漏端的增益AM31使M31栅端的密勒等效电容Cmil(见式(2))大为降低，从而提高了放大器的带宽。

由于SMIC 0．18μm工艺寄生电容的影响，A3作为本系统的主放大器，还需要电感特性器件来进一步提高其带宽达到1GHz。