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1、多频多模功率放大器的设计郑胜李文渊(东南大学射频与光电集成电路研究所，210096)摘要：随着软件无线电的发展，对能工作在多频多模条件下的功率放大器的需求越来越急迫.本文采用GSMC0.18pmSiGeBiCMOSX艺设计了一个多频多模功率放大器。在3.3V供电电压下，•该功率放大器在860・960MHz(1710・2025MHz)频段上,最大输出功率为30.66dBm(29.66dBm),输出ldB增益压缩点为28.11dBm(26.86dBm),功率增益为26dB(29.76dB),PAE为33.08%(24.93%),可用于RFID,GSM,TD-SCDMA
2、等手持设备中.关键字：HBT;功率放大器，多频，多模ASiGeHETMMiCPowerAmplifierforMuRbirequencyMulti-modeApplicationsZhengShengLiWen-yuan(InstituteofRF-&OEJC's,SoutheastUniversity,Nanjing210018,China)Abstract:Asthedevelopmentofthesoftwaredefinedradiosystem,itisinurgentneedofapoweramplifier,whichcanworkinthemult
3、i-bandandmulti-modecondition.Inthispaper,apoweramplifierofthiskindwasrealizedinGSMC0.18pmSiGeBiCMOStechnology.Underanormalconditionof3.2Vanda50Qmatchingload,itdemonstrates26dB(29.76dB)powergain,30.66dBm(29.66dBm)outputpowerandhigherthan33%(24.9%)poweraddedefficiency(PAE)atfrequenciesc
4、overingbandsfrom860to960MHz(form1710to2025MHz),whichcanbeusedintheRFID,GSM,andTD-SCDMAsystem.Keywords:HBT;Poweramplifier;Multi-frequency;Multi-mode1引言射频功率放大器是射频集成电路设计中的难点，是无线通信集成电路中的核心组件，具有很高的附加价值。它与通信系统的通信质量息息相关，也是系统中最消耗功率和体积的部分。随着软件无线电的发展，迫切需要一款能够工作在多种模式条件下的功率放大器。近年來，在0.8-2GHZ频段，商用的
5、功率放大器主要还是采用GaAs工艺，这种工艺成本高，集成度低。而Si工艺器件，虽然集成度高，但在射频功率放大器的大功率输出方面难以达到要求。而SiGe工艺是两者之间的一个很好的折中，既能满足射频功率放大器大功率输出的要求，而且可以集成在Si基上，有着很好的集成度，因而成为了射频功率放大器设计工程师的一个很好的选择。本文采用了GSMC0.18pmSiGeBiCMOS工艺设计了一款功率放大器，它能工作在RFID(860-960MHz),GSM(890-915MHz,1710-1785MHz),和TD・SCDMA(2010・2025MHz)这三种模式下。2器件特性GSM
6、C0.18pmSiGeBiCMOS为设计者提供了三种HBT(hetero-junctionbipolartransistor),可以在截止频率歼和击穿电压BVceo之间做-个折中权衡。本文基于HVHBT来设计。该HBT可以承受6V的击穿电压，同时拥有30GHz的截止频率，很适合用于3GHz以下频率的功率放大器设计。在系统规定的3.3V电源电压条件下，HVHBT可以安全的工作⑴。3电路结构和设计3.1总体结构设计基于功率放大器工作的频率范围来考虑，从860MHz到2025MHz,其相对带宽为80.8%,如果用一个超宽带的电路来实现，难度非常大。注意到该功率放大器主要
7、工作在900MHz和1900MHz两个频点附近，若采用两个电路来实现，则大大降低电路设计的难度，如图1所示。然后通过一个控制电路來控制两个电路的工作状态，以便得到较高的效率。图1功率放大器拓扑结构3.2偏置电路设计功率放大器主要工作在大信号状态下，当输入功率增大时，加到放大晶体管上的电压和电流信号，由于二极管的箝位特性，会使其正向电压和负向电流被限幅，从而使经基•射结二极管整流后的平均电流随输入功率的增大而增大，平均电压随输入功率的增大而减小，以至放大晶体管的跨导降低，增益减小和相位失真。为了降低大信号下的增益压缩和相位失真，必须尽量对放大晶体管进行补偿，使得大信
8、号下跨导和
