SiGe BiCMOS工艺28GHz功率放大器设计

摘要

近年来，随着移动通信技术的飞速发展，低成本、高速率成为当前主流移动通信系统(2G、3G、4G等)和各种无线接入方式（无线局域网、蓝牙、全球微波互联接入等）的发展趋势。如今的人类社会迈进了高效率的信息化时代，小型移动通信设备普及，多媒体等数据业务需求呈现爆发式增长。据预测，到2020年，移动通信网络将面临1000倍容量和100倍连接数增长的挑战，同时还需要满足用户友好接入、网络本身灵活升级部署和低成本运营维护等需求。面向2020年以后人类信息社会需求的5G宽带移动通信系统将成为一个多业务、多技术融合的网络系统，通过技术的演进和创新，满足未来广泛的数据业务及连接数的发展需求。
　　论文基于IBM0.13μm SiGe BiCMOS工艺，对应用在第五代移动通信系统中28GHz频率的功率放大器进行了研究和设计。该功率放大器工作于AB类，采用差分结构，由两级电路级联构成，用基极镇流电阻来提高稳定性，选取了合适的匹配网路，并采用了自适应线性化偏置来提高线性度。
　　本文给出了28GHz功率放大器的电路设计、版图设计以及后仿真结果。在3.3V电源电压下，工作在28GHz频率处的功率放大器仿真得到的功率增益为21dB，1dB压缩点输出功率为23.01dBm，最大功率附加效率为22.9％，输入、输出端反射系数均小于-10dB，所有元器件均由片内集成，芯片面积为1400μm×1400μm，后仿真结果表明，所设计的功率放大器达到了预定的设计指标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 移动通信技术的发展

1．1．2 第5代移动通信发展现状

1．2 MMIC功率放大器研究现状

1．3 研究内容和设计指标

1．4 论文组织

第二章 功率放大器的理论基础

2．1 线性功率放大器

2．1．1 A类功率放大器

2．1．2 B类功率放大器

2．1．3 AB类功率放大器

2．1．4 C类功率放大器

2．1．5 线性功率放大器波形分析

2．2 开关功率放大器

2．2．1 D类功率放大器

2．2．2 E类功率放大器

2．2．3 F类功率放大器

2．3 功率放大器的性能参数

2．3．1 输出功率

2．3．2 功率增益

2．3．3 效率和功率附加效率

2．3．4 线性度

2．3．5 相邻信道泄漏比(ACLR)

2．3．6 矢量幅度误差(EVM，Error-Vector Magnitude)

2．4 功率放大器设计方法学

2．4．1 负载线理论

2．4．2 设计流程

2．5 本章小结

第三章 SiGe BiCMOS工艺28GHz功率放大器的设计

3．1 BiCMOS 8XP工艺简介

3．1．1 工艺制造

3．1．2 可用器件

3．2 功率放大器设计流程

3．3 SiGe BiCMOS工艺28GHz功率放大器电路设计

3．3．1 功率管选择

3．3．2 功率级电路设计

3．3．3 宽带输出匹配网络设计

3．3．4 偏置电路设计

3．3．5 稳定性设计

3．3．6 驱动级和整体级联设计

3．3．7 输入匹配设计

3．4 28GHz功率放大器电路完整结构

3．5 前仿真结果

3．6 本章小结

第四章 版图设计与后仿真

4．1 版图设计流程

4．2 功率放大器的版图设计

4．3 后仿真结果

4．4 本章小结

第五章 28GHz功率放大器芯片测试方案

5．1 测试环境

5．2 28GHz功率放大器测试方案

5．2．1 直流测试

5．2．2 S参数测试

5．2．3 输出功率测试

第六章 总结和展望

致谢

参考文献

附录