硅基毫米波功率放大器设计

发布时间：2022-08-13 13:49

　　物联网、5G通信、无人驾驶等新场景对射频毫米波前端需求急剧增加,硅基工艺由于其高集成度和低廉的成本两大优点,在实现射频毫米波前端与数字系统完全集成时占据很大的优势。但是又由于其低击穿电压、高衬底损耗等特点,要实现功率放大器这种高功率模块完全集成仍然面临一定的挑战。MIMO技术的出现,系统对单个功率放大器功率需求降低,实现整个系统完全集成的可能性大大增加。本文主要研究在硅基工艺的限制下,如何设计出具有更优性能的功率放大器。首先,本文介绍了硅基工艺无源器件三大损耗机理,研究了无源器件和有源器件的版图物理结构、集总元件等效电路模型、表征参数及参数提取方法,为硅基毫米波功率放大器设计奠定了基础。在硅基工艺限制下,功率合成技术是实现高功率输出较好的解决方案,本文研究对比了片上功率合成技术。基于传输线的功率合成芯片占用面积较大,原理简单,易实现;基于变压器的电流或电压功率合成设计自由度高,在硅基工艺中应用广泛。其中,基于变压器电流功率合成的幅相一致性优于电压功率合成。采用共源共栅结构,基于65nm CMOS工艺设计了一款应用于24G FMCW雷达的驱动功率放大器,该驱动功率放大器的工作带宽为21.... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 硅基毫米波功率放大器研究背景及意义
    1.2 硅基毫米波功率放大器国内外发展动态
    1.3 论文研究内容及结构安排
第二章 硅基毫米波器件基础
    2.1 硅基毫米波无源器件基础
        2.1.1 硅基毫米波无源器件损耗机理
        2.1.2 硅基毫米波传输线基础
        2.1.3 硅基毫米波电感基础
        2.1.4 硅基毫米波变压器基础
    2.2 硅基有源器件基础
        2.2.1 65nm CMOS工艺有源器件基础
        2.2.2 0.13μm SiGe BiCMOS工艺有源器件基础
    2.3 本章小结
第三章 功率合成理论基础
    3.1 基于传输线的功率合成
    3.2 基于变压器的电流或电压功率合成
    3.3 功率合成网络幅相不一致的影响
    3.4 本章小结
第四章 24G FMCW雷达驱动功率放大器设计
    4.1 设计指标
    4.2 24G FMCW雷达前端结构及理论介绍
        4.2.1 24G FMCW雷达前端结构介绍
        4.2.2 FMCW雷达测距测速原理介绍
        4.2.3 非线性群延时对调频连续波雷达的影响
    4.3 毫米波差分功率放大器有源结构
        4.3.1 基于正反馈的中和电容技术
        4.3.2 共源、共源共栅结构对比
    4.4 驱动功率放大器设计
        4.4.1 驱动功率放大器整体结构
        4.4.2 共源共栅结构有源设计
        4.4.3 输出匹配网络设计
        4.4.4 巴伦设计
        4.4.5 偏置电路设计
    4.5 驱动功率放大器版图设计
    4.6 测试与结果分析
    4.7 本章小结
第五章 5G毫米波功率放大器研究与设计
    5.1 引言
    5.2 功率放大器AM-AM/AM-PM特性及影响因素
        5.2.1 偏置电压对AM-AM/AM-PM的影响
        5.2.2 负载对AM-AM/AM-PM的影响
        5.2.3 非线性失真原因介绍
    5.3 5G毫米波功率放大器设计
        5.3.1 功率放大器整体结构
        5.3.2 电流复用技术
        5.3.3 功率合成器设计
    5.4 整体版图设计及后仿
        5.4.1 版图设计
        5.4.2 后仿结果
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
博士论文
[1]硅基射频毫米波多通道前端关键模块研究与设计[D]. 余益明.电子科技大学 2017

硕士论文
[1]毫米波无源器件建模技术研究[D]. 董佳宇.电子科技大学 2018
[2]基于SiGe工艺的Ka波段收发芯片关键技术研究[D]. 吕彬彬.电子科技大学 2018
[3]毫米波CMOS晶体管建模技术研究[D]. 丛诗力.电子科技大学 2018



本文编号：3677150