130nm CMOS無線發(fā)射機(jī)基本模塊的研究與設(shè)計.pdf

1、無線通信系統(tǒng)自誕生以來，越來越廣泛應(yīng)用在生活生產(chǎn)中。上變頻混頻器和射頻功率放大器是無線發(fā)射前端的兩個基本模塊。功率放大器，作為無線發(fā)射機(jī)功耗最大的部分，影響著系統(tǒng)的總功耗和效率。片上集成的射頻模塊能減少面積和干擾，有效節(jié)約成本。本文基于Global Foundry130nm工藝，針對低功率場景，設(shè)計了低功率發(fā)射機(jī)的上變頻混頻器和射頻功率放大器模塊，針對高功率高效率場景，設(shè)計了高效率自舉共源共柵結(jié)構(gòu)的E類功率放大器。
　　功耗是集成

2、電路設(shè)計的重要考慮因素。低功率無線通信項目的發(fā)射機(jī)指標(biāo)要求變頻到3GHz載波上，輸出信號功率超過0dBm。本文通過設(shè)計有源雙平衡結(jié)構(gòu)的上變頻混頻器和Push-pull Class AB結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，實現(xiàn)了這一指標(biāo)。并且射頻功率放大器效率達(dá)到38.7％，能夠節(jié)省功耗。
　　隨著晶體管尺寸縮小，晶體管能承受的壓降逐漸降低，這給大功率輸出的功率放大器設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。尤其是開關(guān)類的E類功率放大器，雖然它能達(dá)到很高的效率，但是最大壓

3、降較高，有擊穿或削減器件壽命的危險。理論計算表明，自偏置和自舉共源共柵結(jié)構(gòu)的E類功率放大器能工作在比普通共源共柵結(jié)構(gòu)高44％的電源電壓下。對比實驗表明，自舉共源共柵可以通過更小的共源共柵管柵壓擺幅，實現(xiàn)更高的工作效率。后端仿真結(jié)果表明，自舉共源共柵系統(tǒng)在1.6V電源電壓下正常工作，輸出18dBm的功率，效率達(dá)到43.2％。此結(jié)構(gòu)可以嘗試進(jìn)一步拓展到其他多種E/F族功率放大器中，或者運用在包絡(luò)消除與恢復(fù)功率放大器等更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)里。