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0.35μm SiGe BiCMOS工艺3.5GHZ功率放大器的设计与实现

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标签: BiCMOS

BiCMOS

功率放大器

功率放大器(英文名称:power amplifier),简称“功放”,是指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

随着无线通信技术的不断发展,无线应用如手机、无线局域网等已广泛应用于日常生活。卫星通信以其频带宽、通信容量大、覆盖范围大等优点成为现代无线通信中极其重要的一种通信方式。

射频功率放大器位于发射机的末端,将调制和变频后的信号进行功率放火并通过天线传输出去,是无线通信系统中的关键模块之一,因此研制射频集成功率放大器对卫星通信具有重要的意义。

设计射频集成功率放大器的常见工艺有GaAs、SiGe  BiCMOS和CMOS等。GaAs工艺具有较好的射频特性和输出功率能力,但其价格昂贵,工艺一致性差;CMOS工艺的功率输出能力不大,很难应用于高输出功率的场合;而SiGe  BiCMOS工艺的性能介于GaAs和CMOS工艺之间,价格相对低廉并和CMOS电路兼容,因此非常适合于中功率应用场合。本文正是基于SiGe  BiCMOS工艺的功率放大器设计的探索性研究。

本文介绍了应用于卫星通信系统的射频集成功率放大器的设计和实现,使用的工艺为AMS0.35μm  SiGe  BiCMOS。该功率放大器采用A类共发射极结构。总体电路由三级放大器级联构成,其中第一、第二和第三级的放大晶体管的面积比为1:2:4。总体电路包括一个输入匹配网络、两个级间匹配网络和一个输出匹配网络。各级的偏置电路采用有源比例镜像电流源电路。前仿真结果表明该芯片满足性能指标要求,但是由于流片时间的限制没有足够的时间进行后端验证。所得样片的测试结果表明,该功率放大器直流偏置正常,能稳定工作,其中心频率偏移到800MHz,功率增益为24dB,输出1dB压缩点功率为25dBm,芯片面积为1.64×1.48mm。

论文按照电路设计、仿真、版图设计、流片和芯片测试的顺序详细介绍了功率放大器芯片的设计过程及最终的测试结果。通过对测试结果和前、后仿真的结果进行对比,对其原因进行了分析,并提出了下一轮设计的方法和应注意的问题。

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