CMOS射频功率检测器的研究与设计

论文摘要

随着移动通信技术的不断发展,发射功率控制模块正在成为移动系统中不可或缺的一环,射频功率检测器作为发射功率控制模块中的核心部分需要对其进行研究。论文基于CMOS电路的基本原理,对国内外各种射频功率检测器做了广泛的研究,分析了其优缺点,并在吸收这些技术成果的基础上,设计了一款满足TD-SCDMA与LTE标准的射频功率检测器。本设计基于TSMC 0.18 m CMOS工艺,电源电压1.8V,采用Cadence环境进行电路仿真,利用Virtuoso Layout进行版图设计工作。整体电路由RMS检测模块与直流对数放大器模块组成,工作频段为1-5GHz,具有30dB的动态检测范围,检测误差小于1dB,功耗为0.6mW,满足上述系统要求。本文提出的设计方案具有带宽大,功耗低,检测范围大的特点。设计中为减小失配影响并实现大的输出摆幅,RMS检测模块采用了共源级差分结构。直流对数放大器由运放与指数电流反馈模块组成,运放输入级采用PMOS管输入的电流镜负载结构以减小输入噪声同时满足大的输入范围,指数电流模块利用MOS管亚阈值特性实现以降低系统功耗。论文分别对上述模块和整体系统在深亚微米工艺下的短沟道效应进行了详细分析,并通过仿真验证了设计方案,最后完成了整体版图设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 APC 系统工作原理简介
• 1.3 TD-SCDMA 与LTE 系统简介
• 1.3.1 TD-SCDMA 系统
• 1.3.2 LTE 系统
• 1.4 课题来源与论文安排
• 第二章 射频功率检测器设计基础
• 2.1 CMOS 管V-I 特性
• 2.2 RF 功率检测器设计方案
• 2.2.1 二极管与三极管构成的探测器
• 2.2.2 亚阈值区CMOS 电压检测器
• 2.2.3 RMS 功率检测器方案
• 2.3 对数放大器
• 2.3.1 基带对数放大器与解调对数放大器
• 2.3.2 直流对数放大器
• 2.4 射频功率放大器技术指标
• 第三章 射频功率检测器具体电路设计
• 3.1 RMS 功率检测器
• 3.2 直流对数放大器中的指数电流电路设计
• 3.2.1 伪指数电流电路
• 3.2.2 亚阈值区指数电流模块
• 3.3 直流对数放大器中的运放设计
• 3.3.1 运算放大器的性能指标
• 3.3.2 指标分析
• 3.3.3 电路结构分析与选择
• 3.3.4 两级运放的密勒补偿
• 第四章 整体电路仿真分析与版图
• 4.1 整体电路分析
• 4.2 整体电路仿真
• 4.3 版图设计
• 4.3.1 版图设计规则
• 4.3.2 模拟电路版图方法
• 4.3.3 射频功率检测器版图设计
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献