适用于卫星通信的SiGe HBT集成功率放大器设计

摘要

近几年来，计算机网络技术的逐渐成熟和飞速发展使之迅速地渗透和普及到了社会的各个领域，并在许多方面改变了人们原有的生活方式和生活观念。另一方面，无线通信技术在最近的几年时间里也得到了迅猛的发展。无线寻呼、移动通信等技术逐渐走进人们的生活。射频功率放大器位于发射机的末端，将调制和变频后的信号进行功率放大并通过天线传输出去，是无线通信系统中的关键模块之一，因此研制射频集成功率放大器对卫星通信具有重要的意义。 设计射频集成功率放大器的常见工艺有GaAs、SiGe BiCMOS和CMOS等。GaAs工艺具有较好的射频特性和输出功率能力，但其价格昂贵，工艺一致性差；CMOS工艺的功率输出能力不大，很难应用于高输出功率的场合；而SiGeBiCMOS工艺的性能介于GaAs和CMOS工艺之间，价格相对低廉并和CMOS电路兼容，因此非常适合于中功率应用场合。 本课题采用Jazz公司0.35μm SiGe BiCMOS工艺设计用于3.5GHz无线接入系统的射频功率放大器，采用二级级联平衡放大电路结构。由于卫星通信中的调制信号是非恒包络的信号，所以对于适用予卫星通信的功率放大器有较高的线形度的要求。线性放大器一般采用A类放大器，但是考虑到线性度和效率的折衷，本论文中的功率放大器采用AB类放大器。后仿真结果表明，本功率放大器功率增益为16dB，输出1dB压缩点达到27dBm，效率为20％。 卫星通信随着经济的发展，越来越多的用于消费类电子和汽车行业。相应的手持或车载设备发射级的功率放大器的需求量也日益增大。因此对卫星通信的SiGe HBT集成功率放火器设计有着重要的意义，而且应该相信在不久的将来，随着SiGe HBT工艺水平的进一步提高，SiGe HBT集成功率放大器将以其良好的性能和低廉的成本占据大部分的无线通信市场的份额。

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文摘

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论文说明：图表目录

声明

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本文的研究目标和主要内容

1.4论文结构

第二章 功率放大器设计基础

2.1功率放大器的分类

2.1.1导通角型功率放大器(A,B,AB,C类)

2.1.2开关型功率放大器(D,E,F类)

2.2阻抗匹配

2.3线性功率放大器的非线性分析方法

2.3.1时域分析方法

2.3.2频域分析方法

2.3.3谐波平衡分析方法

2.4功率放大器主要技术指标

第三章 功率放大器设计中的关键技术和面临的挑战

3.1 BJT大信号模型

3.2功率放大器的稳定性

3.3大信号阻抗匹配

3.4功率放大器设计挑战

第四章 适用于卫星通信的SiGe HBT集成功率放大器设计

4.1适用于卫星通信的SiGe HBT集成功率放大器设计流程

4.2设计指标

4.3 SiGe BiCOMS工艺介绍

4.4功率放大器的电路设计

4.4.1电路结构设计方案

4.4.2各级晶体管的确定

4.4.3巴伦的选择

4.4.4第一级单路放大器仿真

4.4.5第二级单路放大器仿真

4.4.6构建平衡式两级功率放大器

4.4.7 Cadence下平衡式两级功率放大器性能

4.5本章小结

4.5.1电压特性

4.5.2温度特性

4.5.3工艺角特性

第五章 验证及结果分析

5.1版图设计

5.2后仿真性能验证及结果比较

5.3芯片测试PCB板制作

5.4芯片键合方案

5.5芯片测试方案

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文