JSSC 2022第5期RF & Wireless22nm

Design and Analysis of a 140-GHz TR Front-End Module in 22-nm FD-SOI CMOS Xinyan

本文提出了一种140 GHz收发前端模块的设计与分析，采用22nm FD-SOI CMOS技术。

140 GHz, 33.6/35.7 dB功率增益, 12.5/14.7 dBm饱和输出功率, 10.8/11.3%峰值功率附加效率

140 GHzFD-SOI CMOS收发前端模块功率放大器低噪声放大器

▸创新点1：基于ABCD矩阵的合成方法（方法创新）。该方法通过联合设计收发开关拓扑、功率放大器输出和低噪声放大器输入匹配网络，显著降低了Tx和Rx模式下的损耗，实现了33.6/35.7 dB的功率增益和12.5/14.7 dBm的饱和输出功率。

▸创新点2：不对称收发开关拓扑（电路创新）。该拓扑不仅优化了信号路径的对称性，还集成了本征静电放电保护功能，提升了系统的可靠性和集成度，同时保持紧凑的0.024/0.032 mm²核心面积。

▸创新点3：变压器匹配网络消除共模寄生效应（电路创新）。通过采用差分拓扑和变压器匹配网络，有效抑制了共模寄生效应，提升了PA和LNA的性能，实现了9.2 dB的低噪声系数和20 mW的低功耗。

▸创新点4：可重用单元布局策略（系统创新）。该策略通过晶体管阵列的模块化设计，加速了多级PA的实现，确保了性能的一致性和寄生参数的最小化，显著提升了设计效率和可扩展性。

Abstract

This article presents novel methodologies and practical design considerations for a D-band transmit/receive (T/R) front-end module (FEM) in 22-nm fully depleted silicon- on-insulator (FD-SOI/FDX) CMOS technology for beyond- 5G wireless communication. An ABCD-matrix-based synthesis methodology is proposed to co-design the T/R switch (SW) topol- ogy, including the power ampliﬁer (PA) output and the low noise ampliﬁer (LNA) input matching networks, to minimize the losses in both Tx and Rx modes. Ba