【摘 要】
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本文设计了一款基于CMOS工艺的宽带射频功率放大器,包含驱动级放大器及级间匹配网络、功率级放大器及输出匹配网络。更宽的带宽、更好的效率和低成本是移动无线通信系统设备近年来的一个发展趋势,能够覆盖多个通信标准的单片集成电路成为了迫切的需求。本文以此为思路,采用130nm CMOS工艺,设计了一款覆盖1.2～2.5GHz的宽带射频功率放大器（Power Amplifier,PA）。本文介绍了功率放大器
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本文设计了一款基于CMOS工艺的宽带射频功率放大器,包含驱动级放大器及级间匹配网络、功率级放大器及输出匹配网络。更宽的带宽、更好的效率和低成本是移动无线通信系统设备近年来的一个发展趋势,能够覆盖多个通信标准的单片集成电路成为了迫切的需求。本文以此为思路,采用130nm CMOS工艺,设计了一款覆盖1.2～2.5GHz的宽带射频功率放大器（Power Amplifier,PA）。本文介绍了功率放大器的的各个设计要点,包括强弱非线性,谐波电流的产生,AMAM失真和AM-PM失真,探讨了PA重点关注的ACPR以及EVM指标与线性度的关系。对目前的各类高效率PA做出分析比较,探讨了本文为实现宽带高效率的PA,应选取的PA架构,确定应以谐波类PA为方向进行设计。有源部分采用共栅管为厚栅管的Cascode架构进行设计,分析了Cascode模型,包括阻抗分析、极点分析等。输出匹配采用Chebyshev滤波器进行设计,采取J类PA的谐波阻抗设计,对宽带下的基波阻抗和二次谐波阻抗进行优化。级间匹配利用驱动级放大器的容性输出阻抗以及功率级放大器的容性输入阻抗设计3阶带通网络,并利用一次电感的诺顿变换,提升驱动级放大器对功率级放大器的功率的传输。此外,将一部分的输出匹配网络移到片外以减小片上面积,设计相应的微带及无源匹配网络。最后,完成宽带射频功率放大器的版图设计,并进行测试工作。电源电压为3.3V,静态电流为184m A。在0.9～2.9GHz的频率范围内,获得了大于29d B的小信号增益,最高增益为41.7d B。最大饱和输出功率为26.0d Bm,饱和输出功率的1d B带宽为1.2～2.5GHz。在1.0～2.6GHz的频率范围内,峰值PAE均大于24.3%,最高的峰值PAE为33.7%。最大OP1d B为23.9d Bm,对应的IP1d B为-3.9d Bm。
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