【摘要】：多年來砷化鎵工藝一直憑借著高頻特性好、損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態(tài)范圍大等優(yōu)點壟斷了射頻功率放大器的設(shè)計領(lǐng)域。但近年來,隨著工藝的發(fā)展,硅基工藝中MOS器件特征尺寸不斷減小,SiGe BiCMOS的截止頻率已經(jīng)高達(dá)200GHz,滿足射頻功率放大器設(shè)計的需求。同時,由于硅基工藝價格較低,成品率較高,因此有必要對硅基工藝下的射頻功率放大器的設(shè)計進(jìn)行研究。本文在介紹了功率放大器的工作原理、設(shè)計指標(biāo)和不同種類功率放大器的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,詳細(xì)地介紹了E類功率放大器的設(shè)計原理,給出了使用0.18μm SiGe BiCMOS工藝的2GHz E類功率放大器的設(shè)計方法,完成了電路設(shè)計、前仿真、版圖設(shè)計和后仿真。本文設(shè)計的E類功率放大器為全差分結(jié)構(gòu),輸出級采用共源共柵結(jié)構(gòu)以保證MOS管工作在安全電壓下不被擊穿。功率放大器的驅(qū)動級由諧振放大器構(gòu)成,它能夠保證在提供足夠大的開關(guān)信號的同時消耗較小的功率。功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)和LC巴倫由高Q值片外元件組成,降低了損耗,進(jìn)一步保證了功率放大器具有較高的效率。后仿真結(jié)果表明,在3.3V的供電電壓下,功率放大器的輸出功率可以達(dá)到30dBm,功率附加效率達(dá)到50%以上,功率增益大于23dB,輸入端反射系數(shù)小于-15dB。本文所設(shè)計的功率放大器具有較大的輸出功率和較高的效率,為硅基工藝下設(shè)計大功率高效率射頻功率放大器打下了基礎(chǔ)。由于本文設(shè)計的功率放大器采用硅基工藝制造,不但大大降低了制造成本,而且為功率放大器和收發(fā)機的其它電路模塊集成在同一塊芯片上提供了參考。
[Abstract]:For many years gallium arsenide technology has monopolized the design field of RF power amplifier by virtue of its advantages of high frequency characteristics, low loss, low noise, wide frequency bandwidth and wide dynamic range. But in recent years, with the development of technology, the cutoff frequency of MOS device has been reduced to 200GHz, which meets the demand of RF power amplifier design. At the same time, it is necessary to study the design of RF power amplifier based on silicon because of its low price and high yield. On the basis of introducing the working principle, design index and advantages and disadvantages of different kinds of power amplifier, this paper introduces the design principle of class E power amplifier in detail. The design method of 2GHz E power amplifier using 0.18 渭 m SiGe BiCMOS process is presented. The circuit design, pre-simulation, layout design and post-simulation are completed. The class E power amplifier designed in this paper is a fully differential structure, and the output stage adopts a common gate structure to ensure that the MOS transistor is not breakdown at the safe voltage. The driving stage of the power amplifier consists of a resonant amplifier, which can provide enough switching signals and consume less power. The matching network of the power amplifier and the LC Barron are composed of high Q value off-chip elements, which reduce the loss and further ensure the higher efficiency of the power amplifier. The simulation results show that the output power of the amplifier can reach 30 dBm, the additional power efficiency is more than 50%, the power gain is more than 23 dB, and the reflection coefficient of the input is less than -15 dB under the power supply voltage of 3.3 V. The power amplifier designed in this paper has high output power and high efficiency, which lays the foundation for designing high power and high efficiency RF power amplifier in silicon based process. Because the power amplifier designed in this paper is fabricated by silicon technology, it not only greatly reduces the manufacturing cost, but also provides a reference for the power amplifier and other circuit modules of the transceiver to be integrated on the same chip.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN722.75

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本文編號：2284205