【摘要】：倍頻器作為射頻前端一個(gè)重要單元,對(duì)高頻電子系統(tǒng)的整體性能具有比較大的影響。隨著毫米波技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,對(duì)具有頻率擴(kuò)展作用以及作為高穩(wěn)定性、良好相位特性信號(hào)源倍頻器的研究也迫在眉睫。因此,本論文基于65nm CMOS工藝完成了一款Ka(26.5~40GHz)波段三倍頻器(Tripler)單片微波集成電路(MMIC)設(shè)計(jì)。首先,本論文簡(jiǎn)要地對(duì)近年來國內(nèi)外毫米波倍頻器和功率放大器(PA)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)性的調(diào)研和總結(jié)。緊接著介紹了倍頻器和功率放大器的基礎(chǔ)理論及原理,并對(duì)無源器件的基本知識(shí)點(diǎn)和功率放大器的帶寬拓展方法和技術(shù)做了簡(jiǎn)單的描述。其次,在電路結(jié)構(gòu)上,論文采用了由一個(gè)前置三倍頻器和一個(gè)后置功率放大器來構(gòu)成一個(gè)具有高輸出功率的Ka波段三倍頻器。其中,前置三倍頻器采用變壓器構(gòu)成差分結(jié)構(gòu)且參與到輸入及輸出端的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,MOS管的直流偏壓使其工作在C類以產(chǎn)生豐富的三次諧波。仿真結(jié)果顯示,其最大功率增益為-6d B,諧波抑制比大于7d B。3-d B帶寬為33GHz(24~57GHz),33GHz頻點(diǎn)處最大輸出功率為0d Bm,版圖面積為792×560um2。后置功率放大器是在總結(jié)兩級(jí)級(jí)聯(lián)共源功率放大器成功流片的經(jīng)驗(yàn)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的三級(jí)級(jí)聯(lián)共源功率放大器,目的在于實(shí)現(xiàn)更高的增益輸出。兩級(jí)和三級(jí)級(jí)聯(lián)功率放大器都利用多枝節(jié)匹配方法及偏置電路的濾波作用實(shí)現(xiàn)寬帶匹配網(wǎng)絡(luò),射頻信號(hào)線下方使用放射狀地阻隔層以減小信號(hào)傳輸損耗和版圖面積。兩級(jí)級(jí)聯(lián)功率放大器經(jīng)測(cè)試得到,在1.2V的工作電壓下,此放大器在24至52GHz 3-d B帶寬內(nèi)的最大小信號(hào)增益為7d B。在35GHz頻點(diǎn)處的飽和輸出功率(Psat)為14.1d Bm,1d B壓縮點(diǎn)處輸出功率(P1d B)為12d Bm,40GHz頻點(diǎn)處功率附加效率(PAE)為9.6%,直流功耗100m W。芯片面積(不包括PAD)為434×184um2。三級(jí)級(jí)聯(lián)功率放大器是在此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加一級(jí)驅(qū)動(dòng)級(jí),以提高增益。最后,在前述三倍頻器和功率放大器芯片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,將兩者直接進(jìn)行級(jí)聯(lián),集成實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的三倍頻器。仿真得到,其在輸入功率為10d Bm情況下的最大功率增益為7d B,3-d B帶寬為21GHz(28.5~49.5GHz)。33GHz頻點(diǎn)處的1d B壓縮點(diǎn)輸出功率為12d Bm,最大飽和輸出功率為13.2d Bm,功率附加效率為7.5%,直流功耗為169.56m W,諧波抑制比大于8d B,版圖面積為1421×592um2。本論文對(duì)Ka波段三倍頻器和功率放大器的設(shè)計(jì)和仿真方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析與總結(jié),并基于65nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款三倍頻器毫米波芯片,為毫米波三倍頻器的設(shè)計(jì)提供了參考與借鑒。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN771

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2803899