一种433MHz高效率高线性功率放大器的设计与实现

摘要

功率放大器是发射机的最后一级，处于发射机的末端，它将需要发射的信号放大并发射出去，因此需要消耗大量能量。功率放大器是整个通信系统中消耗能量最多的器件，且由于其处于发射机的末端，因此它的效率、线性度、稳定度等性能将对整个通信系统的性能起到直接性的影响，它性能设计的优劣直接影响到整个通信系统的状态，其效率决定了电量的消耗程度及使用时间，因此对于功放的优化及改进一直是近年来研究的热点。
　　本文研究了一种高效率高线性功率放大器，利用SMIC0.18μmCMOS工艺进行设计。该放大器采用了两级放大器级联结构，利用包络反馈回路减小放大器的误差，提高其线性度，从而对输入端输入信号的不稳定性以及白噪声干扰具有较强的抑制作用，同时也使得输出较为稳定。另外还采用了包络跟踪技术动态调节供电端电压，降低了功放工作时电源的消耗从而提高了功放的效率。输出模式分为三种，由数字控制模块选择工作模式，在输入信号幅度为-10dBm条件下，输出信号幅度分别是-20dBm、-5dBm、10dBm三级可选，上下误差不超过1dBm。
　　本文利用Cadence软件对该结构的性能进行仿真测试，该功率放大器采用1.8V电源供电，最终测试结果表明，在设定输入频率为433MHz，输入幅度为-10dBm条件下，功放效率最高可达到28％以上，三阶交调输出点为23dBm左右。经过芯片测试，本文设计的功率放大器可以被使用在频率为433MHz的射频收发芯片中，且具有较高的效率与线性度。

目录

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摘要

第一章 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

1．4 论文组织

第二章 功率放大器的概述

2．1 功率放大器的特点与分类

2．1．1 线性功率放大器

2．1．2 非线性功率放大器

2．1．3 各类功率放大器性能之间的比较

2．2 功率放大器的性能指标

2．2．1 输出功率

2．2．2 功率放大器的效率

2．2．3 功率放大器的线性度

2．3 功率放大器的非线性失真分析

2．3．1 幅度失真

2．3．2 相位失真

2．4 功率放大器的优化技术

2．4．1 线性化技术

2．4．2 效率提高技术

2．5 本章小结

第三章 功率放大器的设计

3．1 总体结构设计

3．2 基本模块设计

3．2．1 功率放大管设计

3．2．2 匹配网络设计

3．2．3 包络检测电路设计

3．2．4 误差放大电路设计

3．2．5 包络跟踪电路设计

3．3 本章小结

第四章 版图验证与后仿数据

4．1 版图设计规则

4．2 功放各模块版图与后仿

4．2．1 功率放大管的版图设计

4．2．2 包络检测的版图设计

4．2．3 偏置电路的版图设计

4．2．4 功放整体版图设计

4．2．5 功放后仿

4．3 本章小结

第五章 芯片测试结果与分析

5．1 芯片照片

5．2 测试电路

5．3 测试结果

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献