本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于無線局域網(wǎng)的硅基射頻功率放大器的設(shè)計

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【摘要】：功率放大器是射頻前端的重要組件,它的輸出功率會影響信號覆蓋范圍,線性度會影響信號質(zhì)量,效率會影響設(shè)備工作時間,因此設(shè)計高功率、高線性度和高效率的射頻功率放大器一直是研究的熱點(diǎn)。過去,高功率線性功率放大器通常基于具有更高功率密度和更高特征頻率的化合物半導(dǎo)體工藝,如GaAs工藝設(shè)計制造。但是化合物半導(dǎo)體工藝與傳統(tǒng)的低成本的體硅工藝不兼容,因此限制了射頻前端的集成度,并提高了成本。隨著硅基工藝的進(jìn)步,特別是SiGe BiCMOS工藝和SOI CMOS工藝走向成熟,它們具有的良好射頻性能使基于硅基工藝設(shè)計射頻功率放大器成為可能。硅基工藝本身具有的低成本和高集成度優(yōu)勢使設(shè)計硅基射頻功率放大器成為研究的熱點(diǎn)。在此背景下,本文分別基于SiGe BiCMOS工藝和SOI CMOS工藝兩種硅基工藝設(shè)計了應(yīng)用于無線局域網(wǎng)(WLAN)的射頻功率放大器。主要工作和成果如下：首先,對功率放大器的各項指標(biāo)進(jìn)行了研究,分析了WLAN協(xié)議對信號EVM和頻譜掩模的要求；對功率放大器的仿真方法進(jìn)行了介紹,利用ADS的托勒密仿真控件,設(shè)計了仿真IEEE 802.llg信號EVM的系統(tǒng)；基于該系統(tǒng),分析了AM-AM失真與EVM之間的關(guān)系,并提出了通過降低低功率處線性度來提高效率的方法；對功率放大器設(shè)計的功率匹配技術(shù)和增益膨脹現(xiàn)象進(jìn)行了討論。然后,基于SiGe BiCMOS工藝設(shè)計了三級單端功率放大器。通過分析SiGe器件的特性,給出了由Kirk電流推導(dǎo)輸出功率的方法；針對功率放大器面對的熱穩(wěn)定性和電穩(wěn)定性問題,采取了晶體管基極串聯(lián)電阻的解決方法；通過S參數(shù)仿真,確定各級晶體管的輸入阻抗,使用load-pull仿真確定各級放大電路的輸出阻抗；匹配電路利用了鍵合線參與匹配,對鍵合線進(jìn)行了電磁仿真,提取等效電路模型；使用Cadence Virtuoso完成版圖繪制,并進(jìn)行了提參和后仿；芯片測試結(jié)果顯示輸出1 dB壓縮點(diǎn)達(dá)到了23.6 dBm,增益為26.6 dB,輸入反射系數(shù)為-16.5 dB；在不同的偏置點(diǎn)下,對信號的EVM進(jìn)行了測試,發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化偏置點(diǎn)可以提高最大線性輸出功率,并提高效率,優(yōu)化的最大線性輸出功率為16.6 dBm(EVM=5.6%, IEEE802.11g 54Mbps)。其次,基于SOI CMOS工藝設(shè)計了兩級單端功率放大器芯片。分析了CMOS功率放大器設(shè)計上的困難,原因是CMOS器件的耐壓低,設(shè)計大功率放大器時存在匹配難題；為了解決此問題,電路采用了共源共柵結(jié)構(gòu),以提高電路耐壓能力；針對傳統(tǒng)共源共柵電路上下兩晶體管分壓不均的問題,提出了在共柵管柵極并聯(lián)電容的方法,仿真結(jié)果驗證了這種方法的有效性；設(shè)計了兩級的功率放大器芯片,在Cadence Virtuoso中完成版圖設(shè)計；流片測試結(jié)果顯示,該功率放大器輸出1 dB壓縮點(diǎn)可達(dá)23.9 dBm,效率達(dá)39.4%,EVM為3%時,輸出功率為16.3 dBm。綜上,本文的研究成果在于使用兩種硅基工藝設(shè)計了射頻功率放大器,并經(jīng)過流片測試,具有一定的參考價值。本文提出了通過合理選擇偏置電壓,犧牲低功率處線性度,來提高效率的方法,并經(jīng)過了測試驗證,具有一定的創(chuàng)新之處。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN722.75;TN925.93

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳延湖;申華軍;劉新宇;徐輝;李玲;李惠軍;;Design consideration of the thermal and electro stability of multi-finger HBTs based on different device structures[J];半導(dǎo)體學(xué)報;2010年10期

2 王英裕;無線通信IC制程技術(shù)發(fā)展探微[J];電子產(chǎn)品世界;2003年08期

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本文編號：1176928