基于传输线的130nmCMOS微波与毫米波电路设计

摘要

随着现代无线通信技术的发展，微波与毫米波电路设计受到越来越多的关注。并且，随着 CMOS器件特征频率的提高，其在微波与毫米波领域的应用成为近些年热门研究课题之一。传输线结构广泛应用于微波与毫米波电路设计。因此，本文基于130 nm CMOS工艺，在对不同结构的CMOS传输线特性详细分析的基础上，设计K-波段波束合成器、V-波段三级放大器和W-波段多级放大器。本文的主要研究工作如下： 通过对130 nm CMOS工艺不同互补传导传输线特性的萃取，设计K-波段波束合成器。首先，采用互补传导宽边耦合线提高耦合线的耦合系数；并且，功率合成器中的四分之一波长传输线采用多条互补传导传输线结构来减小芯片面积；同时，该结构应用于移相器设计；波束合成器中每一通道的输入端使用具有平坦群延时特性的放大器结构。同时，对各个器件的群延时特性做详细分析，其具有较小的群延时变化量。 设计基于互补传导传输线的130 nm CMOS V-波段三级放大器。首先，分析不同尺寸NMOS晶体管最大可用增益；并在NMOS晶体管栅端和漏端添加具有不同特征阻抗值的传输线，分析其对最大可用增益的影响；同时采用传输线进行放大器的不同匹配方法分析。此基于互补传导传输线的130 nm CMOS V-波段三级放大器的测试结果与仿真结果基本相吻合，验证了设计的正确性。 基于互补传导传输线的130 nm CMOS W-波段多级放大器设计中，首先分析不同尺寸 NMOS晶体管最大可用增益，确定晶体管尺寸；其次，为减小传输线损耗，研究不同结构互补型传导传输线，得到较高品质因数；同时，采用简单的传输线匹配网络进行放大器输入与输出匹配；基于互补传导传输线的 Marchand巴伦应用于该电路来实现功率合成。仿真与测量结果表明，此基于互补传导传输线的130 nm CMOS多级放大器的工作频率超过100 GHz。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究现状

1.3本文创新点与结构安排

第二章 传输线理论与应用

2.1微波与毫米波电路基本理论

2.2传输线电路阻抗匹配方法

2.3互补传导传输线特性与应用

2.4本章小结

第三章 130 nm CMOS K-波段波束合成器设计

3.1 130 nm CMOS K-波段耦合器设计

3.2 130 nm CMOS K-波段衰减器设计

3.3 130 nm CMOS K-波段移相器设计

3.4 130 nm CMOS K-波段波束合成器设计

3.5本章小结

第四章 130 nm CMOS V-波段三级放大器设计

4.1 130 nm CMOS V-波段晶体管增益分析

4.2 130 nm CMOS V-波段单级放大器设计

4.3 130 nm CMOS V-波段三级放大器设计

4.4本章小结

第五章 130 nm CMOS W-波段多级放大器设计

5.1 130 nm CMOS W-波段Marchand巴伦设计

5.2 130 nm CMOS W-波段单级共源级放大器设计

5.3 130 nm CMOS W-波段多级放大器设计

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文主要工作

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢