射频功率放大器的设计

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1、射频功率放大器的设计DesignofRFPowerAmplifier工程领域：集成电路工程研究生：张海兵指导教师：肖谧副教授企业导师：王巍高级工程师天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要射频功率放大器在无线通信系统中起着至关重要的作用。作为发射机中最后的一个模块，它的作用是将信号放大到一定功率并驱动天线。功率放大器是发射机中最大的耗能模块，它的功耗的减小能显著提升整个系统的性能。近年来随着CMOS工艺的不断发展，其性能已能够满足基于无线局域网(WLAN)和射频识别(RFID)系统中功率放大

2、器的设计。本文首先介绍了功率放大器的应用背景和国内外的研究现状，并简要阐述了CMOS工艺在功率放大器的设计过程中应注意的问题。为了更好的满足无线通信系统的需求，介绍了各类功率放大器的原理并总结了优缺点。为了得到高效率、高线性度的射频功率放大器，本文简要的介绍了提升线性度和效率的几种不同的方法。针对WLAN的应用，本文设计了一款基于UMC0.18μmCMOS工艺2.4GHzAB类的功率放大器，并加入了二极管线性化提升技术，有效地改善了功率放大器的线性度。该款芯片已经完成了流片。后仿真结果表明，在3

3、.3V电源电压下，功率放大器的输出功率大于20dBm，功率附加效率大于20%，全频带内无条件稳定。针对UHFRFID系统的应用，本文设计了一款基于UMC0.18μmCMOS工艺的915MHz可变增益功率放大器。驱动级采用三个并联的共源共栅结构实现了增益可变，功率级采用共源共栅结构。该款芯片已经完成了流片。后仿真结果表明，在输入级1.8V和输出级3.3V的电源电压下，功率放大器可实现9dB、21.2dB、25dB以及25.8dB四种不同的增益，在最大增益下，功率放大器的输出功率为21.47dBm，

4、最大功率附加效率为29.6%。关键词：WLAN，功率放大器，UHFRFID，CMOS工艺IABSTRACTRFpoweramplifierplaysavitalroleinawirelesscommunicationsystem.Thepoweramplifieristhelastblockinatransmitterchain.Itamplifiesthesignaltothetargetpoweranddrivestheantenna.Itconsumesthelargestportiono

5、fthetransmittercurrentconsumptionbudget,andanypowersavinginthisblockwillsignificantlyimprovetheoverallsystemefficiency.WiththedevelopmentofCMOStechnology,itsperformancehasbeenabletomeetthedesignofpoweramplifierbasedonwirelesslocalareanetworkandradiof

6、requencyidentificationsystem.Thispaperintroducesthebackgroundandcurrentresearchofthepoweramplifier,andbrieflydescribestheproblemofCMOSprocessshouldpayattentiontoduringthedesignofpoweramplifier.Inordertomeettheneedsofwirelesscommunicationsystems,thepr

7、incipleandprosandconsofpoweramplifierareintroduced.Severallinearizationandenhancedefficiencytechnologieswereintroducedtoimprovetheperformanceofthepoweramplifier.A2.4GHzclassABpoweramplifierbaseon0.18μmUMCCMOSprocesswaspresentedinthispaperfortheWLANap

8、plications.Thediodelinearizationisjoinedwhichcaneffectivelyimprovethelinearityofthepoweramplifier.Thetape-outhasbeencarriedoutafterthevalidationofthelayoutdesign.Thepostsimulationresultsshowthattheoutputpowerismorethan20dBm,poweraddedefficiencyismore