使用CMOS和SiGeBiCMOS与GaAs三种工艺设计的射频功率放大器的详细说明

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上传日期: 2020-01-08

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标签:GaAs(431)放大器(7066)CMOS(3062)

  射频功率放大器在雷达、无线通信、导航、卫星通讯、电子对抗设备等系统中有着广泛的应用,是现代无线通信的关键设备。与传统的行波放大器相比,射频固态功率放大器具有体积小、动态范围大、功耗低、寿命长等一系列优点;由于射频功率放大器在军事和个人通信系统中的地位非常重要,使得功率放大器的研制变得十分重要。因此对该课题的研究具有非常重要的意义。 设计射频集成功率放大器的常见工艺有GaAs、SiGe BiCMOS和CMOS等。GaAs工艺具有较好的射频特性和输出功率能力,但其价格昂贵,工艺一致性差;CMOSI艺的功率输出能力不大,很难应用于高输出功率的场合;而SiGe BiCMOS工艺的性能介于GaAs和CMOS工艺之间,价格相对低廉并和CMOS电路兼容,非常适合于中功率应用场合。 本文介绍了应用与无线局域网和Ka波段的射频集成功率放大器的设计和实现,分别使用了CMOS、SiGe BiCMOS、GaAs三种工艺。(1)由SMIC0.18um CMOS工艺实现的放大器工作频率为2.4GHz,采用了两级共源共栅电路结构,在5V电源电压下仿真结果为小信号增益22dB左右,1dB压缩点处输出功率为20dBm左右且功率附加效率PAE大于15%,最大饱和输出功率大于24dBm且PAE大于20%,芯片面积为1.4mm*0.96mm;(2)由IBM5PAE0.35um SiGe BiCMOS工艺实现的功率放大器工作频率为5.25GHz,分为前置推动级和末级功率级,电源电压为3.3V,仿真结果为小信号增益28dB左右,1dB压缩点处输出功率大于26dBm,功率附加效率大于15%,最大饱和输出功率为29.5dBm,芯片面积为1.56mm*1.2mm;(3)由WIN0.15um GaAs工艺实现的功率放大器工作频率为27~32GHz,使用了三级功率放大器结构,在电源电压为5V下仿真结果为1dB压缩点的输出功率P1dB26dBm,增益在20dB以上,最大饱和输出功率为29.9dBm且PAE大子25%,芯片面积为2.76mm*1.15mm。论文按照电路设计、仿真、版图设计、流片和芯片测试的顺序详细介绍了功率放大器芯片的设计过程。对三种工艺实现的功率放大器进行了对比,并通过各自的仿真结果对出现的问题进行了详尽的分析。

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