温度补偿电路设计论文提纲

论文题目：宽带射频功率放大器设计及温度补偿电路研究

摘要：功率放大器作为无线通信系统中核心组成部分,其输出功率、带宽、效率等严重制约着系统的功耗以及传输距离等指标。因此,为了提高系统的整体性能,设计一款性能优越的宽带高效功率放大器至关重要。然而,基于传统的III-V族化合物工艺设计的功率放大器虽然能实现较高的输出功率,但该工艺成本较高,而CMOS工艺由于具有应用广泛,易于系统集成等若干优点,随着无线连接设备的成倍增长,必然成为系统小型化及低成本的最佳工艺选择。另一方面,CMOS器件性能受外部环境温度以及自热效应的影响明显,导致所实现的系统具有很大的温度依赖性,温度变化会引发功率放大器增益变化以及线性度下降等一系列问题。因此,对功率放大器的温度补偿电路的研究正逐渐成为热点。因此,基于上述两方面问题,本文主要讨论了基于CMOS工艺的宽带功率放大器的实现方法,以及针对堆叠结构功率放大器的温度补偿电路进行了研究。下面是对本文主要工作以及创新点的总结:（1）针对目前几种典型的宽带电路结构在VHF/UHF频带中存在的无源器件损耗大、占用面积大等问题,提出一款采用0.18μm CMOS工艺的0.1-1.5 GHz超宽带堆叠功率放大器。通过使用两级四层堆叠结构和反馈技术结合,使功率放大器呈现出超宽带的特性。并且无需使用额外的匹配网络,既可以实现宽带阻抗匹配又缩小了芯片面积,测试结果显示,功放的增益平坦度为22.3±1.5 dB,饱和输出功率为22 dBm,最大功率附加效率为20%,输入回波损耗小于-10.8 dB,输出回波损耗小于-9.6 dB。（2）针对CMOS器件性能受外部环境温度以及自热效影响明显的问题,提出一种新型的针对堆叠结构的温度补偿电路。基于此方法设计了两款带温度补偿网络的堆叠功率放大器,一款是单端堆叠功率放大器,另一款是差分堆叠功率放大器。仿真结果表明,两款电路均覆盖Ka波段,实现了25-40 GHz的宽带性能,单端电路实现最大输出功率为20.1 dBm,带内功率附加效率为20%-30%,在-40℃到125℃范围内,采用新型温补偏置网络与传统偏置电路相比,小信号增益的温度波动从2.2 dB改善到0.1 dB。差分电路饱和输出功率为24.7 dBm,带内功率附加效率为27%-36%,小信号增益的温度波动从2.4 dB改善到0.1dB。

关键词：射频;功率放大器;CMOS;宽带;温度补偿

学科专业：微电子学与固体电子学

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 射频功率放大器研究现状

1.2.1 堆叠功率放大器研究现状

1.2.2 温度补偿对放大器的重要性

1.3 本文主要内容安排

第2章 射频功率放大器设计概述

2.1 射频功率放大器原理及分类

2.1.1 射频功率放大器基本原理

2.1.2 射频功率放大器分类

2.2 射频功率放大器的主要性能指标

2.2.1 S参数

2.2.2 输出功率

2.2.3 功率增益及效率

2.2.4 线性度

2.2.5 稳定性

2.3 功率放大器的匹配技术

2.3.1 功率匹配及负载牵引原理

2.3.2 匹配网络拓扑

2.4 本章小结

第3章 宽带堆叠功率放大器研究

3.1 宽带实现技术

3.1.1 分布式结构

3.1.2 平衡式结构

3.1.3 RLC与变压器结构

3.1.4 负反馈结构

3.1.5 晶体管堆叠结构

3.2 堆叠结构功率放大器

3.2.1 几种经典堆叠结构功率放大器

3.2.2 信号等效电路推导

3.2.3 改进型堆叠式功率放大器结构

3.3 0.1-1.5 GHz宽带堆叠CMOS功率放大器设计原理

3.3.1 设计参数指标

3.3.2 偏置网络及反馈电阻设计

3.3.3 原理图设计

3.4 0.1-1.5 GHz宽带堆叠CMOS功率放大器测试结果及分析

3.4.1 芯片设计

3.4.2 测试结果

3.5 本章小结

第4章 带温度补偿的堆叠宽带功率放大器设计

4.1 工艺介绍

4.1.1 工艺金属层介绍

4.1.2 工艺器件介绍

4.2 带温度补偿的Ka波段CMOS堆叠功率放大器设计

4.2.1 设计指标

4.2.2 放大器温度补偿电路

4.2.3 带温度补偿的功率放大器设计

4.2.4 版图及后仿

4.3 带温度补偿的Ka波段差分堆叠功率放大器设计

4.3.1 设计指标

4.3.2 电路设计

4.3.3 版图及后仿

4.4 本章小结

第5章 总结和展望

5.1 论文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢