高效率CMOS包络放大器芯片设计

发布时间：2017-11-24 06:01

  本文关键词：高效率CMOS包络放大器芯片设计

  更多相关文章： CMOS 包络跟踪 混合式包络放大器 双开关结构

【摘要】：无线通信技术已全面进入4G时代并已开始朝着5G通信进军。由于频谱资源的限制,现代无线通信技术采用高峰均比的非恒定包络调制方式以获取高数据率。然而高峰均比的信号导致通信发射机中功率放大器长期工作在低效率的功率回退区,如何解决这一问题,成为时下研究热点之一。包络跟踪技术作为一种动态电源调制技术,能够明显改善功率放大器回退区效率。包络放大器是包络跟踪功放系统中的关键模块,其为功率放大器提供动态调制的电源,它的效率直接决定了包络跟踪功放系统的性能。与此同时,模拟CMOS技术日趋成熟,已成为民用通信集成电路领域必不可少的工艺基础。包络放大器的CMOS片上实现已成为未来包络跟踪技术应用于微型基站和低功耗移动设备的必然趋势。本文对CMOS包络放大器的设计方法进行了系统的研究,并重点着力于提高包络放大器效率,本文主要工作为:1.对包络跟踪技术进行了介绍,分析了其结构以及对功率放大器效率提升的原理。简述了包络放大器的几种常见电路实现结构,并分析其各自的工作原理和优缺点。2.对混合式包络放大器结构进行了介绍,分析了其结构和效率,讨论了其在各个工作状态下的电路原理,进行了必要的公式推导和理想功能性仿真。3.基于Globalfoundries 0.18um CMOS工艺,采用混合式包络放大器结构,设计了一款用于5MHz WCDMA包络跟踪应用的包络放大器。测试结果表明其在3.3V供电下实现了27.5dBm输出功率和74%的效率,其功耗为24mW,芯片面积为0.5mm2,各性能参数均满足设计指标要求。4.提出了一种改进的混合式包络放大器结构,其在传统混合式结构基础上增加了一个额外的开关级与原开关级并联,讨论了其工作原理和效率,其效率相比于传统混合式结构获得了提升。然后基于TSMC 0.18um CMOS工艺,采用该改进结构设计了一款用于10MHz LTE包络跟踪应用的包络放大器。仿真结果表明其在3.3V供电下实现了28dBm输出功率和84.6%的效率,相比于传统结构效率提高了8%。其功耗为35.2mW,芯片面积为0.9mm2,各性能参数均满足设计指标要求。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN722.75

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本文编号：1221219