60 GHz互補式金氧半導體自動功率控制功率放大器之研製

Design and Analysis of 60 GHz CMOS Automatic Level Control (ALC) Power Amplifier

簡瑞德(JUITE CHIEN)

指導教授 ： 黃天偉

國立臺灣大學/電機資訊學院/電信工程學研究所/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2010.02620

摘要

本論文研究方向是著重於研究V頻段的自動功率控制迴授式功率放大器，其中包含了功率放大器、功率偵測器、比較器、和衰減器。這個電路以90奈米互補式金氧半場效電晶體(CMOS)製程實現。
隨著無線通信系統的快速發展，微波頻帶已趨近於飽和，為了能有更寬的頻譜來達成更快的傳輸速率，寬頻的毫米波無線通信系統將被需要。相位陣列系統可以提供高指向性，它的高陣列增益也可增加信號雜訊比，在相位陣列運作時，改變相位時將會伴隨的不同損耗，而自動功率控制迴授式功率放大器迴圈將可以自動的補償振幅。
論文的第一部分在討論功率偵測器設計，包含振幅偵測器和對數放大器，這樣的架構可以使功率偵測器的輸出對於輸入功率呈現線性關係。此功率偵測器的直流功耗為4.8毫瓦，可偵測的線性範圍從-20dBm~-2dBm，而穩定時間最快則達到5奈秒。
論文的第二部分為功率放大器和自動功率控制迴路的討論，功率放大器在輸入端加上一個衰減器來控制增益，使用四級串接(cascade)的共源級放大器來得到高增益，此功率放大器的增益為17dB、輸出功率(P1dB)為10.5dBm、輸出飽和功率為12dBm，在輸出功率(P1dB)時功率輔助效益(PAE)為9.7%，最高為12.2%。而衰減器可提供自動功率控制迴授式功率放大器4dB的使用範圍。

關鍵字

功率放大器 ； 功率偵測器 ； 衰減器 ； 和分貝值線性 ； 自動增益控制 ； 自動功率控制 ； V頻段 ； 互補式金氧半場效電晶體(CMOS)

並列摘要

無資料

並列關鍵字

power amplifier (PA) ； power detector ； linear-in-dB ； attenuator ； automatic level control (ALC) ； automatic gain control (AGC) ； V-band ； CMOS

參考文獻

[1] J. Gorisse, A. Cathelin, A. Kaiser, and E. Kerhervc, "A 60GHz CMOS RMS power detector for antenna impedance mismatch detection", IEEE NEWCAS, pp. 93~96, June 2008.

[2] U. R. Pfeiffer and D. Goren, "A 20dBm Fully-Integrated 60GHz SiGe Power Amplifier with Automatic Level Control", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 42, iss. 7, pp 1455-1463, July 2007

[3] R. G. Meyer, “Low-power monolithic RF peak detector analysis,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 30, no. 1, pp. 65–67, Jan. 1995.

[4] Y. Zhou and C. Y. W. Michael, “A wide band CMOS RF power detector,” in Proc. IEEE Int. Circuits Syst. Symp., May 2006, pp. 4228–4231.

[5] Y. Zhou and M. Y.-W. Chia,“A low-power ultra-wideband CMOS true RMS power detector,” IEEE Trans. Micro. Theory Tech., vol. 56, no.5, pp. 1052-1058, May 2008.