应用于无线传感网络的0.18μm CMOS E类功率放大器设计

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1、摘要CMOS技术随着上艺的不断进步，低成奉和高集成度的特Jii越来越受到青睐。CMOS上艺如今已经J“泛的应用任射频集成I【l路设计中。但是对丁．发射机中的功率放大器(PA)，存在一个T艺选择的问题．射频集成功率放人器的常见T艺自．GaAs、SiGeBiCMOS平DCMOS等。GaAs．T．艺具有较好的射频特性和输出功率能力，但其价格昂贵，．T艺’致性茏；CMOS上艺的功率输山能力不大，适合_J：低功率的场合；ffuSiGeBiCMOS上艺的性能和价格介．J：GaAs羽fCMOSI艺之间。为了达到整个射频前端都集成存同一块CMOSI艺j笛”卜，

2、仃必要对CMOSI艺卜‘的功率放人器设计做一定的研究。本文给出了一个心JHJ于无线传感网络(WSN)的功率放人器设计方法。WSN是一种利川空问上分布的传感器件自动榆测诸如温度、卢音、震动、气压、位移或者污染物等物理或环境变景f内无线网络。它可以廊州剑环境和生念控制、医疗、家庭自动化、交通控制等民川场合，被认为是对2l世纪产生F大影响力的技术之一。论文首先探i寸了几种常规的功率放大器设计方法，经过比较后，为了达到高效率的H的，确定了一个两级的E类放大器结构。经过测试，该功率放大器可以很好的工作在1．2V电源电J玉卜．，输出功率达到5．7dBm．功

3、率附加效率达到20％。输m功率范围从．3dBm可调伞9dBm，满足了WSN系统的要求。电路采刖SMIC0．18一啪lP6MRFCMOS．丁艺设计。整个芯片面移{约1．1×O．9mm2。所设计的功率放大器IU路红输⋯功率羽l功率调节范围卜均满足WSN系统的要求，并f1．有着较高的效率，可以延长电池的T作时l’口J，为WSN传感器节点的实际心．}=

4、j打卜．了幕础。而且，电路利川相对经济的CMOST艺制造，‘‘方面极大降低了芯片成本，此外该电路还可以和收发机的其它电路模块集成在I司一块芯片上，提供了进一步减小芯片成本和面积的nJ‘能。关键词：CMO

5、S，E类功率放人器，无线传感网络AbstractCMOSprocessiswidelyusedinRFintegratedcircuitdesignbecauseofitswell—developedprocess，lowprice，andhighintegratedratio．However,theprogressofRFCMOSdesignSOfarhasbeenmainlyfocusedonthereceiver．Thetransmitter,especiallythepoweramplifier(PA)，existsmanytechno

6、logiesforchoice．ThecommonlyusedtechnologiesforRFpoweramplifierdesignareGaAs，SiGeBiCMOSandCMOS．TheGaAsprocesshasexcellenthighfrequencyperformanceandoutputpowercapacity，butitisquiteexpensiveandtheuniformityisbadduetoprocessvariations．Contrarily,CMOSprocesshaslowoutputcapacitya

7、nditissuitableforlowoutputpowerapplications．TheperformanceofSiGeBiCMOSisbetweenGaAsandCMOS．ToachieveacompleteradiosystemonachipbyCMOStechnology,itisessentialtodemonstratethatthepoweramplifiercanbebuiltinthistechnology．Inthispaper'apoweramplifier(PA)forwirelesssensornetwork(W

8、SN)applicationisintroduced．WSNiSawirelessnetworkconsistingofspatiallydistributedautonomousdevicesusingsensorstocooperativelymonitorphysicalorenvironmentalconditions，suchastemperature,pressure，motionorpollutants，atdifferentlocations．itservesasabridgebetweenthephysicalworldand

9、thedigitalworldandpromisetochangeourlive．ItcouldbeexpectedthatWSNwiilbedepl