發(fā)布時間：2020-05-13 20:28

【摘要】：近年來,隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對于通信速率和帶寬的需求越來越高,毫米波頻段具有豐富的頻譜資源和通信帶寬已逐漸成為研究熱點。本文針對毫米波系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一的功率放大器開展研究,采用0.13μm SiGe BiCMOS工藝,設(shè)計了W波段毫米波功率放大器芯片。論文首先分析了毫米波功放中的有源和無源器件,如HBT晶體管、電感電容、傳輸線以及巴倫變壓器等,采用仿真軟件進(jìn)行建模,分析毫米波頻段的器件特性。在此基礎(chǔ)上采用0.13μm SiGe BiCMOS工藝設(shè)計了三級全差分Cascode(共射共基)結(jié)構(gòu)的W波段功率放大器,利用Marchand巴倫實現(xiàn)輸入輸出端口差分轉(zhuǎn)單端,巴倫仿真損耗為1.4dB,在Cascode結(jié)構(gòu)中利用傳輸線電感提高了功放的穩(wěn)定性。流片測試結(jié)果表明,該功放在104GHz時最大增益為17dB,飽和輸出功率為6.1dBm,3dB帶寬為15GHz(95-110GHz),包括靜電防護(hù)(ESD)結(jié)構(gòu)在內(nèi)的芯片面積為0.9mm~2。論文采用相同工藝仿真設(shè)計了另一款W波段功放。利用變壓器實現(xiàn)級間匹配,輸入輸出巴倫基于變壓器結(jié)構(gòu),仿真顯示在100GHz時增益為15dB,最大PAE為4.5%,飽和輸出功率為12.8dBm,核心版圖面積為0.21mm~2。
【圖文】：

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文。根據(jù)管子對信號放大的線性度劃分,功率放大器分為線性放大器和非線性放大器兩類性放大器包括 A 類,AB 類,B 類,非線性放大器包括 C 類,D 類,E 類,F 類等。本文主要研是線性功率放大器。毫米波功率放大器中常見的放大器都為 A 類，AB 類功率放大器。A 類放大器是有類型中線性度最好的,晶體管在輸入信號的全部周期內(nèi)都導(dǎo)通,導(dǎo)通角為360°,但是其率非常低,最理想的狀態(tài)下也只有 50%,在實際應(yīng)用中,一般都在 30%以下。A 類放大器一般的小信號放大器最大的區(qū)別在于 A 類放大器的信號電流了偏置電路很大一部分。圖 2-1(a)是一個典型的 A 類放大器的漏極電壓和電流。而 AB 類放大器的工作狀態(tài)是放在全部周期內(nèi)，有一小部分時間是不導(dǎo)通的，如圖 2-1(b)，可以明顯看出 A 類和 類功放的波形區(qū)別。AB 類功放的導(dǎo)通是在 180°~360°之間，其功放效率是介于 A 類 B 類之間，在 50%~78.5%范圍內(nèi)。

圖 2-2 功率匹配和負(fù)載線匹配[18]號源的輸出電壓受限時，此時信號源輸出電流會變小，負(fù)載上能得到小，如圖 2-2 中 a 線所示。在另一種極端情況下，信號源可能會遇到因為電流小，這時信號源上的電壓會變小，所以負(fù)載上得到的功率也 中 b 線所示。為了使信號源盡可能大的輸出功率，可以通過優(yōu)化負(fù)載時達(dá)到最大承受電壓和最大輸出電流的限制條件，如圖 2-2 中 c 線所 maxo s LmaxVR R RI Ro稱為負(fù)載匹配條件。它可以使信號源在受到最大承受電壓和最大，，能使負(fù)載上得到最大功率。在功率放大器中，晶體管的輸出電流和件特性的限制，對于進(jìn)入深亞微米的工藝更是如此，因此負(fù)載線匹配計中得到廣泛的應(yīng)用。和 AB 類功率匹配分析
【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】：2018
【分類號】：TN722.75

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本文編號：2662497