一种具有带宽扩展功能的模拟前端输入匹配电路

本发明涉及高速模拟前端应用，尤其涉及一种具有带宽扩展功能的模拟前端输入匹配电路。

背景技术：

1、随着mos器件尺寸的减小和半导体集成电路工作速度的提升，静电防护（electro-static discharge，esd）电路越来越受到重视，高速电路的工作速率已经达到几十甚至上百ghz，高速电路对esd的要求越来越严格。

2、输入节点寄生电容主要来自esd电路，为了满足防护标准，esd泄放电容值不宜设计得太小，这会带来大数量级的esd寄生电容，一般可达上百ff甚至更大，这对输入带宽非常不利。另外，在版图实现过程中，焊盘、金属互连线和前端电路寄生电容也会对电路的带宽产生不利影响。

3、为了满足高速电路应用，输入信号往往被传输线分为多路送入输入电路。此外，理想情况下，源电路输出阻抗与负载电路输入阻抗共轭对称，则两级电路可实现完美阻抗匹配，此时信号反射被最大程度抑制，传输效率达到最大。

4、然而，由于寄生电容无处不在，当信号源与模拟前端的输入连接时，不再保持理想的匹配状态，来自信号源的信号传输主要受到两部分寄生电容影响，esd电路寄生电容和传输线近端输入并联导致此处输入阻抗随频率变化大，无法实现宽带阻抗匹配；输入电路的输入电容和端接电阻输出并联导致此处输出阻抗随频率变化大，与传输线远端阻抗不匹配，产生反射，导致信号衰减。即使芯片封装被设计为具有理想的50ω传输线，上百ff的片内电容也可能导致宽带范围无法满足回波损耗的要求。

5、使用t-coil电路可以利用来减少由于esd电容负载造成的高频信号损失，并且弥补电容造成的阻抗随频率变化，除此之外，两个耦合电感也可以对内部电路晶体管起到esd保护作用。同理，t-coil可以对输入电路的输入电容进行带宽的补偿，从而保证模拟前端能够在需要频率内保证信号幅度，同时与传输线远端实现宽带阻抗匹配。因此需要多级t-coil结构，然而，多级t-coil结构以增加电感数量为代价实现对多电容进行带宽补偿的目的。此外，以t-coil为基础的阻抗匹配网络可以以最大增益将信号传递给后端电路，在传递的过程中，阻抗间的合理匹配是保证顺利传输的重要条件。因此，阻抗匹配在设计考量中也显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对高速模拟前端静电防护esd电路电容cesd和电路输入电容cl对模拟前端电路带宽和阻抗匹配的影响，提供一种具有带宽扩展功能的模拟前端输入匹配电路，通过简化的t-coil技术实现带宽扩展和阻抗匹配的发明目的，解决现有模拟前端因为多电容导致带宽衰减以及阻抗不匹配的技术问题。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种具有带宽扩展功能的模拟前端输入匹配电路，包括第一至第二静电防护模块、一分二差分传输线、以及第一至第二扩展模块；

4、所述第一静电防护模块、第二静电防护模块的电路结构相同，均包含输入焊盘、第一至第二静电保护晶体管、以及第一至第二匹配电感，其中，第一匹配电感、第二匹配电感互感；所述第一匹配电感的同名端接输入焊盘，异名端分别和第二匹配电感的同名端、第一静电保护晶体管的一端、第二静电保护晶体管的一端相连；第一静电保护晶体管的另一端接vdd，第二静电保护晶体管的另一端接地；

5、所述第一静电防护模块的输入焊盘接正极性输入信号，所述第二静电防护模块的输入焊盘接负极性输入信号；

6、所述一分二差分传输线包含第一至第二输入端以及第一至第四输出端，其中，第一输入端对应第一输出端和第三输出端，第二输入端对应第二输出端和第四输出端；

7、所述一分二差分传输线的第一、第二输入端分别和第一、第二静电防护模块的第二匹配电感的另一端相连；

8、所述第一扩展模块、第二扩展模块的电路结构相同，均包含第一至第四扩展电感、第一至第二终端电阻、共模电平，其中，第一、第二扩展电感互感，第三、第四扩展电感互感，且第一、第二扩展电感的互感系数等于第三、第四扩展电感的互感系数；第一、第四扩展电感感值相等，第二、第三扩展电感感值相等；第一、第二终端电阻的阻值相等；所述第一扩展电感的异名端、第二扩展电感的同名端相连，第二扩展电感的异名端和第一终端电阻的一端相连，第一终端电阻的另一端分别和第二终端电阻的一端、共模电平相连；第二终端电阻的另一端和第三扩展电感的异名端相连，第三扩展电感的同名端和第四扩展电感的异名端相连；第一扩展电感的异名端、第四扩展电感的异名端作为待匹配负载电路的输入端口；

9、所述一分二差分传输线的第一输出端和第一扩展模块中第一扩展电感的同名端相连，第二输出端和第一扩展模块中第四扩展电感的同名端相连，第三输出端和第二扩展模块中第一扩展电感的同名端相连，第四输出端和第二扩展模块中第四扩展电感的同名端相连。

10、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

11、本发明采用简化的t-coil结构设计带宽扩展模块，并同时使其兼具阻抗匹配功能，在对多电容带宽进行补偿的同时实现模拟前端的阻抗匹配，相对于应用多级lc网络进行阻抗匹配和带宽扩展的模拟前端电路而言，本发明所提出的电路大大减少了电感和电容的数量，从而减小了面积开销和电路复杂度，具有带宽扩展好、阻抗匹配良好、工程实用性强的技术优势，可广泛用于高速模拟前端的设计，能够大大提高模拟前端的性能指标。

技术特征：

1.一种具有带宽扩展功能的模拟前端输入匹配电路，其特征在于，包括第一至第二静电防护模块、一分二差分传输线、以及第一至第二扩展模块；

技术总结
本发明公开了一种具有带宽扩展功能的模拟前端输入匹配电路，包括输入焊盘、第一静电防护模块、第二静电防护模块、一分二差分传输线、第一扩展模块、第二扩展模块。信号由焊盘输入，ESD静电防护模块防止静电对电路造成损害；静电防护模块的阻抗匹配采用简化T‑coil结构，处理ESD电容，实现阻抗匹配并扩展带宽；一分二差分传输线将信号送到输入端口，其特征阻抗与信号输入匹配；扩展模块采用简化T‑coil结构，处理负载电路电容，实现阻抗匹配并扩展带宽；端接电阻采用可调电阻结构，在不同的工艺角、温度下均能与传输线良好端接。该匹配电路具有良好的带宽扩展和阻抗匹配效果，满足高速通信系统需求。

技术研发人员：朱从益,赵学帆
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23