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基于SiGe BiCMOS工艺的RF E类功率放大器技术研究

作　者: 苏黎
导　师: 李竞春
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: E类功率放大器状态空间模型差分结构交叉耦合结构
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

近十年来,随着无线通信技术的不断发展,人们已基本实现随处通信的梦想,相应的,人们对高性能大容量无线通信系统的需求也越来越大。在这种形势下,射频与通信集成电路的研究已趋于白热化。功率放大器(PA)作为无线通信射频发射机中不可缺少的关键电路,对于提高手机的功率效率、降低电源损耗、减小体积重量、延长通话时间有着举足轻重的作用,而适用于恒包络信号放大的E类功率放大器,更是在现代通信系统中占有十分重要的地位。在整篇论文中阐述了功率放大器的理论和设计方法,并完成了工作在高频下的E类功放的设计。首先介绍了功率放大器的各项性能指标,并分类介绍了各种功率放大器的工作原理以及各自的优缺点,对线性功率放大器和非线性功率放大器进行了仔细的对比。随后,介绍了CMOS工艺中的无源器件:电阻、电容和电感的具体实现方式,随后仔细分析了电容和电感的模型并提出了几种提高电感Q值的方法。在此基础上,提出了用状态空间模型来分析E类功率放大器,在阐述了E类功率放大器的状态空间模型和具体的设计方法后,用TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺验证了设计方法的可行性和准确性。紧接着对传统E类功率放大器进行了优化,提出了全差分和交叉耦合结构的E类功率放大器,采用TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺对电路进行仿真,在1.8GHz的中心频率下,仿真结果表明优化后的结构能够较大程度的提高E类功率放大器的性能。最后完成了该电路的版图设计。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究状况和进展  9-10
  1.3 本文的主要工作  10-12
第二章功率放大器  12-19
  2.1 功率放大器的主要指标  12-13
  2.2 功率放大器的分类  13-19
    2.2.1 A 类射频功率放大器  13-14
    2.2.2 B 类射频功率放大器  14-15
    2.2.3 AB 类射频功率放大器  15
    2.2.4 C 类射频功率放大器  15-16
    2.2.5 D 类射频功率放大器  16-17
    2.2.6 E 类射频功率放大器  17-18
    2.2.7 F 类射频功率放大器  18-19
第三章无源集成电路元件的特性  19-29
  3.1 电阻  19-20
  3.2 电容  20-21
  3.3 电感  21-29
    3.3.1 在标准 CMOS 工艺上实现的硅基集成螺旋电感  21-23
    3.3.2 CMOS 工艺中电感的集总模型  23-25
    3.3.3 提高螺旋电感的品质因数  25-29
      3.3.3.1 品质因数（Q）  25-27
      3.3.3.2 电感品质因数的提高  27-29
第四章 E 类功率放大器的设计  29-38
  4.1 E 类功率放大器工作特性  30-32
  4.2 E 类功放的状态空间描述  32-38
    4.2.1 建立状态空间模型  32-33
    4.2.2 状态空间方程求解  33-35
    4.2.3 电路仿真与程序验证  35-38
第五章基于BiCMOS 工艺的E 类功放的仿真与结果  38-53
  5.1 E 类功放的结构改进  38-44
    5.1.1 互补结构功放  38-39
    5.1.2 差分结构功放  39-40
    5.1.3 交叉耦合结构  40-41
    5.1.4 输入级电路  41-44
    5.1.5 输入、输出端电阻匹配  44
  5.2 基于BiCMOS 工艺的电路仿真  44-53
    5.2.1 电感的选取  45-46
    5.2.2 电容的选取及MOS 管尺寸参数的确定  46-48
    5.2.3 仿真和测试结果  48-53
第六章 E 类功放版图设计  53-56
第七章总结  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-60
附录  60

基于SiGe BiCMOS工艺的RF E类功率放大器技术研究

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