功率放大器的電磁優(yōu)化及可靠性研究.pdf

1、單片微波集成功率放大器（MMIC PA）因其具有小型化、高增益、高功率等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)成為了毫米波功率放大器的研究熱點(diǎn)。高頻電磁仿真優(yōu)化過(guò)程中，麥克斯韋方程組的多次迭代求解導(dǎo)致功率放大器的電磁優(yōu)化過(guò)程需要耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間和硬件資源，嚴(yán)重制約著產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，因而亟需一種高效率的電磁優(yōu)化方法。隨著集成電路工藝的發(fā)展，金屬連線寬度和厚度變小，功率放大器的高電流密度加劇了電遷移效應(yīng)，使得金屬連線更易發(fā)生短路或斷路，因此功率放大器金屬連線的可靠性

2、問(wèn)題也應(yīng)該給予足夠的重視。針對(duì)這些問(wèn)題，本文著重研究了提高功率放大器電磁優(yōu)化效率的算法和功率放大器互連線可靠性的建模。
　　微波電路設(shè)計(jì)中的電路級(jí)仿真具有快速高效的優(yōu)點(diǎn)，但由于未考慮寄生和電磁特性，精度較差。而全波電磁仿真模型更加全面準(zhǔn)確，但計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文利用空間映射算法（Space Mapping），針對(duì)毫米波功率放大器，提出了一種結(jié)合電路級(jí)仿真的高效和全波電磁仿真的精確度的電磁優(yōu)化方法，是空間映射算法在功率放大

3、器電磁優(yōu)化領(lǐng)域的首次嘗試。本文以單級(jí)的AB類(lèi)功率放大器為例，采用ADS電路模型作為粗模型，Momentum電磁仿真模型為細(xì)模型，從S參數(shù)、阻抗匹配和系統(tǒng)仿真三個(gè)方面，通過(guò)建立粗模型與細(xì)模型之間的映射關(guān)系，間接對(duì)細(xì)模型進(jìn)行電磁優(yōu)化，使功率放大器的電磁優(yōu)化時(shí)間至少縮短80％。
　　在毫米波功率放大器的設(shè)計(jì)中，不僅要考慮輸出功率、效率等指標(biāo)，還需要考慮金屬連線可靠性。本文通過(guò)對(duì)互連線可靠性分析原理和計(jì)算方法的研究，采用ANSYS有限元分

4、析方法對(duì)設(shè)計(jì)的單級(jí)功率放大器進(jìn)行了建模，計(jì)算并分析了其在直流工作狀態(tài)和交流工作狀態(tài)下的可靠性，是首次針對(duì)交流特性與電路可靠性關(guān)系的研究。本文還采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，分析了環(huán)境溫度、晶體管柵寬、電流對(duì)功率放大器可靠性的影響，確立了電路可靠性與輸出功率、功率附加效率、增益等指標(biāo)的制約關(guān)系，為電路設(shè)計(jì)人員提供了選取晶體管尺寸和工作狀態(tài)的優(yōu)化原則。
　　綜上所述，本文的主要貢獻(xiàn)有：1.提出了一種適合于功率放大器電磁優(yōu)化的空間映射算法，2.仿真