cmos射頻功率放大器綜述

CMOS射頻功率放大器

綜述

報告人：羅樂〔1502202121〕時間：2021年4月20日目錄CMOS功率放大器的概述研究背景及目的CMOS功放的特點及其現狀射頻器件及技術的開展射頻功率放大器的應用CMOS功率放大器的設計根底總結和展望參考文獻一、CMOS功率放大器的概述

研究背景及目的射頻功率放大器是射頻收發(fā)(T/R)組件中的重要模塊，它的作用是將射頻信號放大到足夠高的功率電平，然后通過天線發(fā)射出去。射頻功率放大器可以保證無線信號的可靠傳輸，其性能好壞直接決定著整個射頻收發(fā)系統(tǒng)。射頻收發(fā)組件廣泛應用在軍用和民用事業(yè)中，包括全球定位系統(tǒng)，通信，導航，雷達，播送電視等。射頻T/R組件的開展方向是實現低本錢，低功耗，高性能高集成度的SOC芯片。當前微電子技術開展迅猛，新工藝新材料技術不斷走向成熟，從而大大推動了微波單片集成電路的開展。現代無線通信的開展不可防止的要求把數字、模擬甚至是射頻模塊集成在一起。為了減少本錢，目前開展的趨勢即是采用CMOS工藝實現整個芯片的片上集成。無論是學術界，還是業(yè)界，都已出現了性能優(yōu)異的產品或者樣片。無線通信市場劇烈的競爭不僅要求無線通信系統(tǒng)完成根本通信功能，更對其提出了低本錢、高效率及高可靠性等性能要求。因此，采用CMOS工藝將無線收發(fā)機更多模塊集成在一個芯片上逐慚成為無線通信技術的開展趨勢。CMOS功放的特點及研究現狀CMOS工藝在基帶，電源管理，DSP,混頻器，低噪聲放大器，壓控振蕩器等關鍵組件上的集成得到了廣泛的應用。但是功率放大器(PA)在CMOS工藝下的應用并不廣泛，功率放大器的主流工藝依然是GaAs工藝。本錢方面，CMOS工藝的硅晶圓雖然比較廉價，但CMOS功放幅員面積比較大。再加上CMOSPA復雜的設計所投入的研發(fā)本錢較高，使得CMOS功放整體的本錢優(yōu)勢并不那么明顯。性能方面，CMOS功率放大器在線性度，輸出功率，效率等方面的性能較差。CMOS工藝固有的缺點:膝點電壓較高、擊穿電壓較低、CMOS工藝基片襯底的電阻率較低。CMOS工藝與其他工藝的比較射頻器件開展射頻功率放大器的應用射頻功率放大器由于具有工作電壓低、尺寸小、線性度高、噪聲低等優(yōu)點，廣泛應用在衛(wèi)星通信、移動通信、雷達和電子戰(zhàn)以及各種工業(yè)裝備中。在軍用與鐵路通信中，功率放大器通常被用于無線通信系統(tǒng)發(fā)射機、軍用雷達的核心器件。在第三代移動通信系統(tǒng)(3G)中，要求數據傳輸速率到達2Mbit/s，單個信號的帶寬達5MHz，這就需要PA具有寬帶特性。為了降低通信運營商的運營本錢，減小冷卻本錢，易于熱控制，就要求提高PA的效率。為了減小功率放大的級數和功率管的使用數量，以更低的功率進行驅動，降低本錢，就要求提高放大器的增益。二、CMOS功率放大器的設計根底功率放大器的分類開關型功率放大器〔SwitchingModePA,SMPA)

SMPA將有源晶體管驅動為開關模式，晶體管的工作狀態(tài)要么是開，要么是關，其電壓和電流的時域波形不存在交疊現象，所以是直流功耗為零，理想的效率能到達100%。單級功率放大器設計單級功率放大器的結構單級功率放大器是放大器的最根本組成單元，研究單級放大器的設計方法，是設計其他類型功率放大器的根底。一個完整的單級功率放大器除了功率器件以外，還包括輸入匹配電路，輸出匹配電路，穩(wěn)定電路，偏置電路，隔直電路。射頻功率放大器指標性能

射頻功率放大器指標性能

功率放大器的線性化技術目前己經提出并得到廣泛應用的功率放大器線性化技術包括，功率回退，負反響，前饋，預失真，包絡消除與恢復(EER)，利用非線性元件進行線性放大(LINC)。較復雜的線性化技術，如前饋，預失真，包絡消除與恢復，使用非線性元件進行線性放大，它們對放大器線性度的改善效果比較好。而實現比較容易的線性化技術，比方功率回退，負反響，這幾個技術對線性度的改善就比較有限。功率放大器的線性化技術比較Lange耦合器幅員由集總參數元件等效的Wilkinson型功分器Wilkinson功分器幅員三、總結和展望國外在射頻領域起步較早，技術上的優(yōu)勢明顯，一些世界知名的企業(yè)己經成為了行業(yè)內的佼佼者，例如:半導體行業(yè)的freescale,TI,ADI,ST等;在射頻測試測量行業(yè)內的安捷倫公司、美國國家儀器NI等;在整機功率放大器行業(yè)的美國AR公司等。國內的射頻研究起步較晚，無論是在理論研究，器件工藝和系統(tǒng)整體方面都處在相對初級階段，由于受到軍工產品禁運限制，很多高功率、高頻率、高效率的射頻功率放大器禁止出口中國。功率放大器在航天科技、衛(wèi)星通信、軍用通信等方面的作用巨大，只有掌握射頻電路設計核心技術，提高半導體設計工藝，才是突破國外廠商技術封鎖的唯一途徑。我國對于高精密設備的設計和生產越來越重視，國家也提出了針對核心電子器件等領域的“核高基〞方案，國內對于射頻技術的研究也在不斷進步，一些學者的研究成果在國際會議和期刊上取得了較為矚目的成果。目前我國在民用商用射頻功率放大器和射頻接收機的整機設計能力己經有了質的提高，這也是我國技術實力和綜合國際不斷提高的重要標志，相信在將來，我國在射頻領域科技開展水平會得到不斷的提高。參考文獻[1]王志華，吳恩德，“CMOS射頻集成電路的現狀與進展〞，電子學報，2001.[2]TimothyC.KuoandBruceB.Lusignan,“A1.5WClass-FRFPowerAmplifierin0.2μmCMOSTechnology〞,inIEEEInternationalSolid-StateCircuitsConference,2001.[3]AlirezaShirvani,DavidK.SuandBruceA.Wooley,“ACMOSRFPowerAmplifierwithParallelAmplificationforEfficientPowerControl〞,inIEEEInternationalSolid-StateCircuitsConference,2001.[4]MonaM.HellaandMohammedIsmail,“ADigitallyControlledCMOSRFPowerAmplifier〞,inIEEEMidwestSymposiumonCircuits&Systems,2001.[5]Y.Kim,C.Park,H.KimandS.Hong,“CMOSRFpoweramplifierwithreconfigurabletransformer〞,inELECTRONICSLETTERS,March2006.參考文獻[6]PatrickReynaertandMichielSteyaert,“AFullyIntegratedCMOSRFPowerAmplifierwithParallelPowerCombiningandPowerControl〞,inIEEEAsianSolid-StateCircuitsConference,2005.[7]N.Srirattana,P.Sen,H.-M.Park,C.-H.Lee,P.E.Allen,andJ.Laskar,“LinearRFCMOSPowerAmplifierwithImprovedEfficiencyandLinearityinWidePowerLevels〞,inIEEERadioFrequencyIntegratedCircuitsSymposium,2005.[8]戚威，“射頻功率放大器的研究與設計〞，碩士學位論文，2021.[9]HongtakLee,ChangkunPark,andSongcheolHong,“AQuasi-Four-PairClass-ECMOSRFPowerAmplifierWithanIntegratedPassiveDeviceTransformer〞,IEEETRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES,April2021.參考文獻[10]FadaYu,EnlingLi,YingXue,XueWangandYongxiaYuan,“Designof2.1GHzRFCMOSPowerAmplifierfor3G〞,inInternationalConferenceonNetworksSecurity,WirelessCommunicationsandTrustedComputing,2021.[11]BrechtFran?oisandPatrickReynaert,“AFullyIntegratedWatt-LevelLinear900-MHzCMOSRFPowerAmplifierforLTE-Applications〞,IEEETRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES,June2021.[12]Shiang-YuTsai,Chun-YuLin,Li-WeiChuandMing-DouKer,“DesignofESDProtectionforRFCMOSPowerAmplifierwithInductorinMatchingNetwork〞,inIEEEAsiaPacificConferenceonCircuits&Systems,2021.[13]SeunghoonKang,BonhoonKoo,andSongcheolHong,“ADual-ModeRFCMOSPowerAmplifierwithNonlinearCapacitanceCompensation〞,inAsia-PacificMicrowaveConference,2021.參考文獻[14]SunghwanPark,Jung-LinWoo,UnhaKimandYoungwooKwon,“BroadbandCMOSStackedRFPowerAmplifierUsingReconfigurableInterstageNetworkforWidebandEnvelopeTracking〞,IEEETRANSACTIONSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES,April2021.[15]NathalieDeltimple,MarcosL.Carneiro,EricKerhervé,PauloH.P.Carvalho,DidierBelot,“IntegratedDohertyRFCMOSPowerAmplifierdesignforAverageEfficiencyEnhancement〞,inIEEEInternationalWirelessSymposium,2021.[16]EarlMcCune,“ATechnicalFoundationforRFCMOSPowerAmplifiers,Part2:Poweramplifierarchitectures〞,IEEESOLID-STATECIRCUITSMAGAZINE,Fall2021.

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