本文關(guān)鍵詞：一種2.4GHz CMOS射頻開關(guān)和功率放大器的設(shè)計(jì)

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【摘要】：現(xiàn)今,無線通信系統(tǒng)的技術(shù)有了巨大的進(jìn)步,新型的收發(fā)機(jī)架構(gòu)和電路的出現(xiàn),使數(shù)據(jù)傳輸僅消耗較小的功率,就能更快的傳遞到更遠(yuǎn)的地區(qū)。具有集成度和成本等顯著亮點(diǎn)的CMOS技術(shù)的出現(xiàn),使現(xiàn)代無線通信產(chǎn)品的集成度、功耗以及成本都達(dá)到了前所未有的水平。RF CMOS開關(guān)的關(guān)鍵指標(biāo)是插入損耗、隔離度和線性度,三者之間存在一定的相互制約因素。所以,如何在保證隔離度較好的情況下,提高RF開關(guān)的線性度,是RF CMOS開關(guān)一直面臨的問題。而RF CMOS PA性能好壞主要由線性度、輸出功率及效率等因素決定,故RF CMOS PA面臨的主要問題則是如何在其滿足線性度較高的情況下使效率得到改善。因此,采用CMOS工藝設(shè)計(jì)高性能的RF開關(guān)和PA非常具有挑戰(zhàn)性,也是國內(nèi)外的主要研究方向。本文的設(shè)計(jì)為一種2.4GHzCMOS射頻開關(guān)及功率放大器,其中RF收發(fā)開關(guān)采用非對(duì)稱單刀雙擲結(jié)構(gòu)。為了提高射頻收發(fā)開關(guān)每個(gè)MOS管的功率處理能力,使信號(hào)電壓均勻分布,本設(shè)計(jì)采用交流懸浮偏壓和前饋電容技術(shù)。并且,本設(shè)計(jì)還采用雙懸浮的CMOS工藝三阱設(shè)計(jì)方法,通過將P阱與深N阱用一個(gè)大電阻懸浮的方式來提高開關(guān)的隔離度和線性度。本文RF CMOS PA的設(shè)計(jì)為兩級(jí)級(jí)聯(lián)的共源共柵AB類放大器,本設(shè)計(jì)在功率級(jí)添加了一個(gè)預(yù)失真電路,通過抵消其失真的增益和相位來提高PA的線性度。此外,為改善PA的功率附加效率(PAE),本設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)級(jí)和功率級(jí)的偏置電流進(jìn)行控制,使PA可以切換于高低功率兩種工作模式,由此使多余的功率損耗降低,進(jìn)而提升PA的工作效率。本文設(shè)計(jì)的RF CMOS收發(fā)開關(guān)已流片并完成測試,其測試結(jié)果為,在頻率為2.4GHz時(shí),發(fā)射路徑的插入損耗約為1.04dB,隔離度能達(dá)到34.82dB,輸出功率的1dB壓縮點(diǎn)為35.58dBm左右。而RF CMOSPA也已完成版圖設(shè)計(jì)并進(jìn)行后仿真,其后仿真結(jié)果為,在2.4-2.5GHz頻段,最大增益為33.18dB,輸出功率的1dB壓縮點(diǎn)為22.06dBm,最大功率附加效率為34.55%。本文設(shè)計(jì)的2.4GHzCMOS射頻開關(guān)及功率放大器,均滿足設(shè)計(jì)要求,對(duì)推動(dòng)無線局域網(wǎng)的發(fā)展有一定的貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：射頻集成電路 CMOS工藝 射頻開關(guān) 功率放大器
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN722.75
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題背景與意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 研究內(nèi)容與設(shè)計(jì)指標(biāo)14-15
• 1.3.1 研究內(nèi)容14-15
• 1.3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)15
• 1.4 論文組織15-18
• 第二章 RF開關(guān)和PA的關(guān)鍵指標(biāo)與問題分析18-32
• 2.1 RF開關(guān)的關(guān)鍵指標(biāo)與問題分析18-23
• 2.1.1 傳統(tǒng)RF CMOS收發(fā)開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)18-19
• 2.1.2 插入損耗19-20
• 2.1.3 隔離度20
• 2.1.4 線性度20-22
• 2.1.5 RF CMOS開關(guān)面臨的問題22-23
• 2.2 RF PA的關(guān)鍵指標(biāo)與問題分析23-31
• 2.2.1 傳統(tǒng)RF CMOS PA的電路結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.2 RF PA的分類24-28
• 2.2.3 輸出功率28-29
• 2.2.4 效率和增益29-30
• 2.2.5 功率容量30
• 2.2.6 負(fù)載牽引技術(shù)30-31
• 2.2.7 RF CMOS PA面臨的問題31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第三章 RF CMOS非對(duì)稱單刀雙擲收發(fā)開關(guān)的設(shè)計(jì)32-42
• 3.1 RF CMOS開關(guān)面臨問題的分析32-33
• 3.2 RF CMOS非對(duì)稱單刀雙擲收發(fā)開關(guān)的電路設(shè)計(jì)33-40
• 3.2.1 RF CMOS非對(duì)稱單刀雙擲收發(fā)開關(guān)的整體電路結(jié)構(gòu)33-34
• 3.2.2 單個(gè)晶體管的分析34-36
• 3.2.3 疊加晶體管的數(shù)量設(shè)計(jì)36
• 3.2.4 交流懸浮偏壓技術(shù)36
• 3.2.5 前饋電容技術(shù)36-38
• 3.2.6 一種雙懸浮的CMOS三阱設(shè)計(jì)方法38-39
• 3.2.7 天線效應(yīng)的消除方法39-40
• 3.3 RF CMOS非對(duì)稱SPDT單刀雙擲開關(guān)的版圖設(shè)計(jì)40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 RF CMOS高效率PA的設(shè)計(jì)42-52
• 4.1 RF CMOS PA面臨問題的分析42
• 4.2 RF CMOS高效率PA的電路設(shè)計(jì)42-48
• 4.2.1 RF CMOS高效率PA的原理圖42-43
• 4.2.2 RF CMOS高效率PA的整體電路結(jié)構(gòu)43-44
• 4.2.3 功率級(jí)電路設(shè)計(jì)44-46
• 4.2.4 驅(qū)動(dòng)級(jí)電路設(shè)計(jì)46-48
• 4.3 RF CMOS高效率PA的阻抗匹配48-50
• 4.3.1 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)48-49
• 4.3.2 級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)49-50
• 4.3.3 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)50
• 4.4 RF CMOS高效率PA的版圖設(shè)計(jì)50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析52-60
• 5.1 RF CMOS非對(duì)稱單刀雙擲收發(fā)開關(guān)的仿真及測試結(jié)果52-55
• 5.1.1 R.F CMOS非對(duì)稱單刀雙擲收發(fā)開關(guān)的前仿真結(jié)果52-53
• 5.1.2 RF CMOS非對(duì)稱單刀雙擲收發(fā)開關(guān)的后仿真結(jié)果53-54
• 5.1.3 RF CMOS非對(duì)稱單刀雙擲收發(fā)開關(guān)的測試結(jié)果54-55
• 5.2 RF CMOS高效率PA的仿真結(jié)果55-58
• 5.2.1 RF CMOS高效率PA的前仿真結(jié)果55-57
• 5.2.2 RF CMOS高效率PA的后仿真結(jié)果57-58
• 5.3 本章小結(jié)58-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文68

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本文編號(hào)：730163