集成射频功率放大器的设计与仿真

论文总字数：21735字

摘 要

随着近些年来无线通信技术的飞速进步，市场上涌现出了种类繁多的无线通信系统及标准，比如蓝牙(Bluetooth)、近距离无线通讯技术(NFC，Near Field Communication)、无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Networks)和紫蜂协议(zigbee)等无线应用。现实生活中的每个频段都会存在这类无线应用。通常来说，为了使多个无线通信系统能够同时使用单个的无线终端，必须为每个不同的频段设计相应的收发通道。然而，这样会使得整个系统，尤其是应用广泛的无线通信系统的设计成本急剧上升。针对这一问题，采用宽带特性的收发机可以有效缓解，同时还能够使收发机的集成度提高，并且有效减小收发机的体积和成本。

本文首先介绍了射频功率放大器的基本概念和详细的设计步骤，之后通过对宽带功率放大器完整的设计过程的叙述，分析归纳了宽带功率放大器的基本设计原理，研究了常见的宽带功率放大器的设计技术和常用的宽带输入输出匹配技术。

本次宽带功率放大器设计的工作频带为0.8~2.4 GHz，使用IBM 0.18um BiCMOS工艺，通过两个单级放大器级联实现功率放大。

关键词：宽带，功率放大器，匹配补偿，SiGe工艺

Design and Simulation of Integrated RF Power Amplifier

Abstract

As in recent years’ rapid advances in wireless communications technology, the emergence of a wide variety of wireless communication systems and standards in the market, such as Bluetooth (Bluetooth), NFC, Near Field Communication, WLAN, Wireless Local Area Networks and ZigBee protocol and other wireless applications. Such wireless applications exists in each band in real life. Generally speaking, in order to make a plurality of wireless communication system can we simultaneously use a single radio terminal, the corresponding transceiver channel must be different for each band. However, this will make the entire system, especially a sharp rise in the cost of widely used design of wireless communication systems. To solve this problem, the use of broadband characteristics of the transceiver can effectively relieve, but also enables integrated transceiver improved, and effectively reduce the size and cost of the transceiver.

This paper introduces the basic knowledge and basic broadband power amplifier design process, after the adoption of a complete description of the broadband amplifier design process, analyzed and summarized the basic broadband amplifier design theory, studied the common broadband amplifier design techniques and common input and output broadband matching technique.

The broadband power amplifier designed for the operating frequency band 0.8-2.4 GHz, using IBM 0.18um BiCMOS process, by two single-stage amplifier cascade realization.

Key Word: Broadband, power amplifiers, matching compensation, SiGe process

目 录

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪论 5

1.1无线通信技术的发展 5

1.2射频功率放大器介绍 5

1.3射频功率放大器的设计关键和难点 6

1.4本文主要研究内容和组织架构 8

第二章 线性功率放大器的理论基础 8

2.1功率放大器的分类 8

2.1.1A类功率放大器 9

2.1.2B类功率放大器 9

2.1.3 AB类功率放大器 10

2．2功率放大器的主要设计指标 10

2.2.1工作频带 10

2.2.2放大器线性度 10

2.2.3功率附加效率 11

2.2.4功率增益和增益平坦度 11

2.3稳定性 12

2.4宽带功率放大器的设计方法 12

2.4.1确定宽带功率放大器的设计指标 14

2.4.2工艺和射频功率晶体管的选择 14

2.4.3扫描晶体管直流工作点 15

2.4.4估算晶体管面积 15

2.4.5偏置电路设计 15

2.4.6稳定性分析 16

2.4.7输入输出匹配网络设计 16

2.4.8整体优化 17

2.4.9版图设计和后仿真 17

2.5本章小结 17

第三章 0.8-2.4GHz宽带功率放大器的具体设计过程 17

3.1宽带功率放大器指标以及设计的限制 17

3.2直流仿真以及晶体管工作点确定 18

3.3偏置网络的设计 18

3.4稳定性以及反馈网络 19

3.5匹配网络设计 20

3.5.1 宽带输出匹配设计 20

3.5.2整体级联设计 21

3.5.3 宽带输入匹配设计 21

3.6完整电路结构 22

3.7前仿真结果 23

3.8本章小结 25

第四章 总结 25

参考文献 27

致谢 28

附录 集成射频功率放大器电路原理图 29

第一章 绪论

1.1无线通信技术的发展

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