硅基微波毫米波放大器集成电路研究

发布时间：2020-05-14 03:48

【摘要】：随着移动互联网的飞速发展,人们对通信速率的要求日益增长。为了实现更高的通信速率,研究者们对硅基微波毫米波电路进行了大量深入的研究。功率放大器和低噪声放大器作为无线收发系统的核心模块,直接决定着整个系统的通信距离和数据率等关键性能指标。本文主要对硅基微波毫米波功率放大器和低噪声放大器开展了深入研究。本文的主要研究工作如下:1.硅基毫米波功率放大器研究。分析了现有变压器功率合成技术的优缺点,提出了一种端口阻抗全平衡的变压器合成网络。该合成网络的端口阻抗不平衡性小于8%,从而改善了多路功率放大器的合成效率。基于该合成结构设计了45GHz和60GHz功率放大器。放大器采用90nm CMOS工艺制造,45GHz放大器实现了21dBm的最大输出功率和14.5%的漏极附加效率。60GHz放大器实现了21dBm的最大输出功率和13.4%的漏极附加效率。2.硅基微波毫米波低噪声放大器研究。分析了数种放大器结构的优缺点,基于分析选择交叉电容结构设计了一款Ku波段放大器。为了减小芯片面积,设计了基于矩形电感和变压器的匹配网络,使得放大器核心面积减小了几乎一半。为了提高180nm CMOS晶体管在24GHz时的增益,提出了用于共源共栅放大器的增强型中和电容技术。该放大器实现了19.3dB的最大增益。在此基础上,进一步研究了面向5G通信应用的38GHz低噪声放大器。该放大器综合利用了基于变压器的跨导提高技术、中和电容技术以及变压器反馈技术来同时改善电路功耗、增益以及噪声性能。该放大器实现了31dB的增益和3.9dB的噪声系数。进一步地,通过将该放大器与低相位误差的衰减器联合设计,从而实现了一款基于65nm CMOS工艺的可变增益放大器,其增益为21dB,增益调节范围为0-31dB。3.基于之前的低噪声放大器研究,研究设计了一款针对相控阵雷达的单通道接收前端芯片。该接收前端系统由三个Ku波段放大器、一个无源衰减器和一个无源移相器组成。应用变压器和相位抵消电容分别减小了系统芯片面积和衰减附加相移。该系统实现了21dB的最大增益和6.7dB的最小噪声。
【图文】：

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电子科技大学博士学位论文基微波毫米波放大器集成电路国内外研究现状微波毫米波通信前端电路作为无线通信系统的核心组成部分，无线通信产业的基石，在无线通信研究过程中占据着重要的地位来，国内外广大研究学者便着手展开了以硅基工艺为基础的微端研究，并取得了丰硕的研究成果。对于其中的关键性模块(功放大器)，更是给予了高度重视和密切关注。基微波毫米波功率放大器国内外发展动态4 年，美国 IBM 公司 S. Reynolds 等人基于 0.12μm SiGe Bipolar60GHz 收发机芯片[10]，其中包含了一个二级级联结构的差分功所示。该差分放大器通过并联两个单端放大器实现，并采用片上配。工作电压为 1.1V，该功率放大器整体功耗 130mW。在 61dB，，饱和输出功率大于 11.8dBm，工作频率覆盖 55~65GHz。

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更是给予了高度重视和密切关注。毫米波功率放大器国内外发展动态国 IBM 公司 S. Reynolds 等人基于 0.12μm SiGe收发机芯片[10]，其中包含了一个二级级联结构的差分放大器通过并联两个单端放大器实现，并采作电压为 1.1V，该功率放大器整体功耗 130mW和输出功率大于 11.8dBm，工作频率覆盖 55~65图 1-3 60GHz SiGe Bipolar 差分功率放大器[10]
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN40;TN722.75

【参考文献】