使用CMOS和SiGeBiCMOS與GaAs三種工藝設計的射頻功率放大器的詳細說明

　　射頻功率放大器在雷達、無線通信、導航、衛星通訊、電子對抗設備等系統中有著廣泛的應用，是現代無線通信的關鍵設備。與傳統的行波放大器相比，射頻固態功率放大器具有體積小、動態范圍大、功耗低、壽命長等一系列優點；由于射頻功率放大器在軍事和個人通信系統中的地位非常重要，使得功率放大器的研制變得十分重要。因此對該課題的研究具有非常重要的意義。 設計射頻集成功率放大器的常見工藝有GaAs、SiGe BiCMOS和CMOS等。GaAs工藝具有較好的射頻特性和輸出功率能力，但其價格昂貴，工藝一致性差；CMOSI藝的功率輸出能力不大，很難應用于高輸出功率的場合；而SiGe BiCMOS工藝的性能介于GaAs和CMOS工藝之間，價格相對低廉并和CMOS電路兼容，非常適合于中功率應用場合。 本文介紹了應用與無線局域網和Ka波段的射頻集成功率放大器的設計和實現，分別使用了CMOS、SiGe BiCMOS、GaAs三種工藝。（1）由SMIC0．18um CMOS工藝實現的放大器工作頻率為2．4GHz，采用了兩級共源共柵電路結構，在5V電源電壓下仿真結果為小信號增益22dB左右，1dB壓縮點處輸出功率為20dBm左右且功率附加效率PAE大于15％，最大飽和輸出功率大于24dBm且PAE大于20％，芯片面積為1．4mm*0．96mm；（2）由IBM5PAE0．35um SiGe BiCMOS工藝實現的功率放大器工作頻率為5．25GHz，分為前置推動級和末級功率級，電源電壓為3．3V，仿真結果為小信號增益28dB左右，1dB壓縮點處輸出功率大于26dBm，功率附加效率大于15％，最大飽和輸出功率為29．5dBm，芯片面積為1．56mm*1．2mm；（3）由WIN0．15um GaAs工藝實現的功率放大器工作頻率為27～32GHz，使用了三級功率放大器結構，在電源電壓為5V下仿真結果為1dB壓縮點的輸出功率P1dB26dBm，增益在20dB以上，最大飽和輸出功率為29．9dBm且PAE大子25％，芯片面積為2．76mm*1．15mm。論文按照電路設計、仿真、版圖設計、流片和芯片測試的順序詳細介紹了功率放大器芯片的設計過程。對三種工藝實現的功率放大器進行了對比，并通過各自的仿真結果對出現的問題進行了詳盡的分析。