高線性度射頻CMOS功率放大器

High Linearity RF CMOS Power Amplifiers

謝智翔(Chih-Hsiang Hsieh)

指導教授 ： 連振炘

國立清華大學/電機資訊學院/電子工程研究所/碩士(2010年)

摘要

摘要
由於近年來無線通訊產業快速發展，使得無線收發機的設計已漸漸朝向高性能和高整合的目標，再加上CMOS製程技術的成熟讓無線收發機許多的重要區塊，像是低雜訊放大器、混頻器、頻率合成器等，都可以使用CMOS製程技術來實現，且為了讓製造及封裝測試的成本大幅降低，因此使用CMOS製程技術來設計功率放大器已成為未來的趨勢。因此，本論文主要在研究CMOS射頻功率放大器的基本原理及設計方法，並使用TSMC CMOS 0.18 um製程技術，模擬及實作出應用於WiMAX系統與WLAN系統之高線性功率放大器。
在3.5 GHz之WiMAX功率放大器方面，使用二極體線性器的整流效果可以調整輸出電晶體的偏壓以提高線性度，其模擬結果之最大輸出功率(Pout)為23 dBm、輸出增益壓縮點(P1dB)為21.7 dBm、功率附加效率(PAE)為32.8 %。
在5.2 GHz之WLAN功率放大器方面，其線性化技術採用自適偏壓架構以提升線性度，自適偏壓架構使用功率檢波器將輸入功率轉成直流電壓訊號以調整輸出電晶體的偏壓，藉由調整輸出電晶體電壓來提升線性度。其模擬結果之最大輸出功率(Pout)為23 dBm、輸出增益壓縮點(P1dB)為20.4 dBm、功率附加效率(PAE)為34.8 %。
WLAN功率放大器在T18-99C梯次下線，並在國家晶片設計中心(CIC)進行量測，量測結果之最大輸出功率(Pout)為21 dBm，輸出增益壓縮點(P1dB)為18 dBm，功率附加效率(PAE)為14.8 %。量測結果顯示WLAN功率放大器在大功率下，仍然能順利運作，可以達到提升功率及線性度以傳輸訊號的效果。

關鍵字

功率放大器 ； 互補金屬氧化物半導體 ； 高線性度

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Power Amplifier ； CMOS ； High Linearity

參考文獻

[1] Cheng-Chi Yen, Huey-Ru Chuang, “A 0.25-um 20-dBm 2.4-GHz CMOS Power Amplifier with an Integrated Diode Linearizer, ” IEEE Microwave & Wireless Components Letters, vol. 13, no. 2, pp. 45-47, Feb. 2003.

[3] Sheng-fuh Chang, Chia-Chan Chang, “Design of RF Chip Module of Wireless Communication-RF System articles, ” Chwa Publishers, 2007.

[5] S. A. Maas, “Volterra Analysis of Spectral Regrowth, ” IEEE Microwave Guided Wave Letters, vol. 7, no. 7, pp. 192-193, Jul. 1997.

[8] G. Gonzalez, “Microwave Transistor Amplifiers: Analysis & Design, ” Prentice Hall, 1996.

[15] Alireza Shirvani, Bruce A. Wooley, “Design and Control of RF Power Amplifiers, ” Springer Netherlands, 2003.