超宽带功率放大器的设计

论文摘要

随着半导体技术和数字通信技术的发展,近年来出现了多种无线通信技术。在这些新的技术中,UWB（超宽带）技术是一种非常有优势的短距离内高速传输数据的无线技术。这种技术原服役于军方,后来被FCC（美国联邦通信委员会）正式批准民用从而备受关注。它具有速度快、功耗低、保密性好等特点,因此非常适合作为无线局域网的传输技术。作为UWB无线发射机的重要部分,超宽带功率放大器的研究受到了人们的关注。本文首先论述了射频功率放大器的分类,主要对线性功率放大器进行了基本结构的讨论,并且对各类功率放大器的性能进行了比较；接着讨论了衡量功率放大器的性能参数,并给出了一些线性化的方法。然后阐述了射频功率放大器设计的关键技术,讨论制约CMOS技术设计功率放大器的各种缺陷。接下来,介绍了电路的设计,重点分析了电路采用的共源共栅电路的结构特点以及输入输出特性等,最后介绍了匹配网络的设计,首先介绍了基本的匹配电路,然后介绍了输入电路以及输出电路匹配网络的设计,最终实现了一个工作在超宽带的射频功率放大器。本设计采用中芯国际（SMIC）公司的射频0.18um的CMOS工艺设计3-11GHz的功率放大器,采用了改进的达林顿共源共栅结构（DCCS）来提高电路的性能。使用Cadence公司的SpectreRF对电路进行仿真,仿真结果表明,该功率放大器在3-11GHz频率范围内增益大于6dB,功耗为12dBm,基本满足设计要求。最后,使用版图设计工具Virtuoso Layout Editor完成了版图设计,并且进行了后仿真,仿真结果基本符合要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 UWB的特点、应用以及发展趋势
• 1.2 UWB功率放大器
• 1.3 论文章节安排
• 2 CMOS射频功率放大器
• 2.1 功率放大器分类
• 2.1.1 A类放大器
• 2.1.2 B类放大器
• 2.1.3 AB类放大器
• 2.1.4 C类功率放大器
• 2.2 主要性能参数
• 2.3 功率放大器线性化技术
• 3 射频功率放大器设计的关键技术
• 3.1 CMOS器件的短沟效应
• 3.1.1 短沟效应对阈值电压的影响
• 3.1.2 短沟效应对漏极电流的影响作用
• 3.2 CMOS器件的击穿电压
• 3.3 射频功率放大器的功耗
• 3.4 输出级器件尺寸
• 3.5 MOS晶体管的跨导
• 3.6 衬底问题
• 4 超宽带射频功率放大器的设计
• 4.1 设计的参数指标
• 4.2 电路模块选择
• 4.3 共源共栅电路分析
• 4.4 匹配网络设计
• 4.4.1 基本的匹配电路
• 4.4.2 输入匹配电路
• 4.4.3 输出匹配电路
• 4.5 完整的电路结构
• 4.6 前仿真结果
• 4.7 版图的设计
• 4.8 后仿真结果
• 5 结论和展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集