【摘要】：倍頻器作為射頻前端一個重要單元,對高頻電子系統(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,對具有頻率擴展作用以及作為高穩(wěn)定性、良好相位特性信號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。首先,本論文簡要地對近年來國內(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,并對無源器件的基本知識點和功率放大器的帶寬拓展方法和技術(shù)做了簡單的描述。其次,在電路結(jié)構(gòu)上,論文采用了由一個前置三倍頻器和一個后置功率放大器來構(gòu)成一個具有高輸出功率的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)兩級級聯(lián)共源功率放大器成功流片的經(jīng)驗上進行設(shè)計的三級級聯(lián)共源功率放大器,目的在于實現(xiàn)更高的增益輸出。兩級和三級級聯(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現(xiàn)寬帶匹配網(wǎng)絡(luò),射頻信號線下方使用放射狀地阻隔層以減小信號傳輸損耗和版圖面積。兩級級聯(lián)功率放大器經(jīng)測試得到,在1.2V的工作電壓下,此放大器在24至52GHz 3-d B帶寬內(nèi)的最大小信號增益為7d B。在35GHz頻點處的飽和輸出功率(Psat)為14.1d Bm,1d B壓縮點處輸出功率(P1d B)為12d Bm,40GHz頻點處功率附加效率(PAE)為9.6%,直流功耗100m W。芯片面積(不包括PAD)為434×184um2。三級級聯(lián)功率放大器是在此設(shè)計基礎(chǔ)上增加一級驅(qū)動級,以提高增益。最后,在前述三倍頻器和功率放大器芯片設(shè)計的基礎(chǔ)上,將兩者直接進行級聯(lián),集成實現(xiàn)一個完整的三倍頻器。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頻點處的1d B壓縮點輸出功率為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Ka波段三倍頻器和功率放大器的設(shè)計和仿真方法進行了詳細的分析與總結(jié),并基于65nm CMOS工藝設(shè)計了一款三倍頻器毫米波芯片,為毫米波三倍頻器的設(shè)計提供了參考與借鑒。
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN771

【參考文獻】

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本文編號：2803899