0.18μm CMOS工艺WLAN 802.11a功率放大器设计与实现

摘要

随着无线通信技术的迅猛发展，以无线局域网和手机为代表的无线数据通信在生活中得到了越来越广泛的应用。同时由于CMOS工艺以其成熟的工艺，低廉的价格，高集成度以及低功耗等特点，正广泛的应用于射频集成电路设计领域。 功率放大器是射频发射机中的重要模块，用来放大射频信号，提高载波信号的功率，提高其抗干扰的能力。不同的系统要求对功率放大器提出了诸如高线性度或者高效率等的不同的要求。对于采用非恒包络幅度调制的系统，通常需要功率放大器具有高线性度；而在一些手持式终端中，为了延长电池的工作时间，则需要功率放大器具有高效率。 在设计功率放大器时，为了得到最大输出功率，可以采用负载牵引的方法来获得最佳负载阻抗，然后通过输出匹配网络将负载阻抗变换成这个最佳阻抗。在射频电路设计中，一个重要内容就是匹配网络的设计，常见的匹配网络结构有L型，T型和π型。另一个需要考虑的就是放大器的稳定性，为了保证放大器能够稳定工作，可以采用负反馈或者串并联电阻的方式。 本文介绍了一个基于TSMC 0.18pm CMOS工艺，可应用于802.11a无线局域网标准的功率放大器设计。该电路采用三级全差分结构，功率输出级采用栅极串联电阻，驱动级采用电阻并联负反馈的方式来保证稳定性。在3.3V电源电压下，增益为15.4dB，输出1dB压缩点为17dBm，电路功耗为0.8w，效率为18.1％。芯片面积为1.2×1.1 mm<'2>。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2无线局域网标准

1.3 802.11a标准简介

1.4发射机结构简介

1.5论文组织

第2章功率放大器原理

2.1功率放大器分类

2.1.1 A类功率放大器

2.1.2 B类功率放大器

2.1.3 C类功率放大器

2.1.4 AB类功率放大器

2.1.5 D类功率放大器

2.1.6 E类功率放大器

2.1.7 F类功率放大器

2.2功率放大器的线性化技术

2.2.1前馈

2.2.2反馈

2.2.3包络的消除和再生

2.2.4非线性器件实现线性放大器

2.3射频功率放大器性能参数

2.3.1功率增益、效率及其定义

2.3.2增益压缩

2.3.3互调

2.3.4三阶互调点

2.4稳定性

2.5多级放大器的级间匹配设计

2.7匹配网络

第3章功率放大器电路设计

3.1差分放大电路设计

3.2功率输出级设计

3.3驱动级电路设计

3.4稳定性设计

3.5直流偏置网络的设计

3.6完整电路结构

3.7电路前仿真结果

第4章功率放大器版图设计

4.1 TSMC 0.18μm CMOS工艺介绍

4.1.1 MOSFET模型及其二级效应

4.1.2电容版图及其等效电路模型

4.1.3电感版图及其等效电路模型

4.1.4 RPO电阻模型

4.2 CMOS版图技术

4.2.1闩锁效应

4.2.2天线效应

4.2.3叉指晶体管

4.2.4电路版图的对称性

4.3功率放大器版图设计

4.4功率放大器后仿真结果

第5章芯片键合测试与结果分析

5.1测试PCB设计

5.2键合线电感测试

5.3芯片测试

5.4测试结果分析及下一步工作

第6章结束语

参考文献

致谢

附录