315MHz无线发射机中低功耗功率放大器的设计

摘要

在过去的几十年，无线通信技术已经不断改变了我们的生活，而且已经渗透到我们今天生活当中的任何地方、任何事情。从小的感知器和移动电话到高功率基站，射频功率放大器都是构成这些众多无线收发机的重要模块。它通过将电源功率转化成放大射频信号的射频功率信号。而且，在无线链路中，功放是最重要的也是最难集成的模块。它消耗了接收机的大部分功率，其复杂性以及失真引入的非线性都会限制产品的质量。
　　本次论文在SMIC0.18μm CMOS工艺下设计了一个集成的1.8V电源供电的两级结构功率放大器，工作频率为315MHz。第一级采用共源结构用来提高增益和控制输出功率。第二级通过管联(Cascode)结构来提高隔离度和稳定性。在1.8V的电源电压下，功放在18.4dBm输出功率下能实现71％的功率附加效率，在12.4dBm输出功率下能实现60％的功率附加效率。而且在这两种输出功率的模式下，二次谐波抑制能力都在-20dBc以下。
　　当前通信飞速发展的进程中，无线网络和无线产品的要求也越来越高，而其中的射频功率放大器是必不可的模块。无线产品越来越专注体积小和功耗低指标，功率放大器作为产品中最难集成模块和最高耗功率模块，其前景无疑会越来越受到关注。本文也是接轨社会的发展和产品的进步方向，在集成度和功耗两项要求做的研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织

第2章 功率放大器的基本原理

2．1 功率放大器的性能指标

2．1．1 S参数(散射参数)

2．1．2 非线性

2．1．3 输出功率

2．1．4 效率和功率附加效率

2．2 功率放大器的类别

2．2．1 A类功率放大器

2．2．2 B类功率放大器

2．2．3 C类功率放大器

2．2．4 D类功率放大器

2．2．5 E类功率放大器

2．2．6 F类功率放大器

2．3 线性化和效率提高技术

2．3．1 Doherty结构

2．3．2 异相放大技术

2．3．3 反馈技术

2．3．4 前馈技术

2．3．5 包络消除与恢复技术

2．3．6 预失真技术

2．4 本章小结

第3章 偏置电路和控制电路的设计

3．1 带隙电压设计和仿真

3．1．1 带隙电压原理

3．1．2 带隙电压设计

3．2 偏置电路的设计和仿真

3．3 本章小结

第4章 功率放大器的设计

4．1 功率放大器的系统结构

4．2 E类功率放大器的低功耗研究

4．2．1 温度和工艺补偿偏置

4．2．2 输出功率的控制

4．2．3 开关型功放理想性能研究

4．3 功率放大器的设计

4．3．1 电路结构的确定

4．3．2 晶体管单元的电压电流扫描仿真和分析

4．3．3 负载牵引(Loadpull)技术

4．3．4 阻抗匹配网络

4．3．5 功率放大器的整体仿真

4．3．6 稳定性仿真

4．3．7 工艺角仿真

4．4 前仿结果汇总

4．5 本章小结

第5章 功率放大器的版图和后仿真

5．1 版图中常见问题

5．2 功率放大器的版图

5．2．1 运放版图设计

5．2．2 带隙电压版图设计

5．2．3 偏置版图设计

5．2．4 功率放大器模块版图设计

5．2．5 功率放大器整体版图设计

5．3 功率放大器的提参后仿

5．4 功率放大器的测试方案

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢