用于多模多頻射頻發(fā)射模塊的SiGeBiCMOS功率放大器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、不斷發(fā)展的無線通信技術(shù)對(duì)于多模多頻集成提出了更高要求。覆蓋多種通信模式、多個(gè)頻段，并支持其應(yīng)用的射頻集成模塊設(shè)計(jì)已成為研究熱點(diǎn)。同時(shí)滿足多模協(xié)議要求，能夠覆蓋高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、中等速率射頻識(shí)別業(yè)務(wù)與低速率語音業(yè)務(wù)，整合銜接我國(guó)第三代高容量高頻譜效率無線通信技術(shù)、國(guó)內(nèi)非接觸式超高頻射頻識(shí)別技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)頻段，并支持協(xié)議規(guī)定復(fù)雜調(diào)制形式的多模多頻功率放大器研究是其中的難點(diǎn)之一。
　　 多模多頻射頻功率放大器設(shè)計(jì)是本文研究的重點(diǎn)：

2、研究了射頻功率放大器在不同協(xié)議模式下的效率和線性度提升方法，其次研究了各模式頻段基于SiGeBiCMOS工藝的功率放大器設(shè)計(jì)方法，最后研究了如何將符合各模式要求的功率放大器應(yīng)用于多模多頻發(fā)射模塊關(guān)鍵電路中。
　　 需要指出的是，本文的主要研究工作是基于國(guó)內(nèi)某foundry0.18μm SiGeBiCMOS工藝線完成的，在與原先0.18μm RF CMOS工藝兼容的工藝平臺(tái)調(diào)試過程中參與了相關(guān)的無源及有源器件建模、完善SiGe H

3、BT功率器件和PDK包數(shù)據(jù)的工作，并對(duì)之進(jìn)行電路驗(yàn)證。
　　 本文的主要成果如下：
　　 1.基于國(guó)內(nèi)某foundry0.18μm SiGe BiCMOS技術(shù)進(jìn)行了高功率輸出、高線性度HBT功率器件設(shè)計(jì)研究。通過對(duì)功率器件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，及對(duì)功率器件的Loadpull分析，獲得了SiGe HBT功率器件實(shí)際功放能力的測(cè)試數(shù)據(jù)，為不同頻段及協(xié)議應(yīng)用的功率放大器設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，同時(shí)為完善該工藝的PDK包提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)；
　

4、　 2.充分發(fā)揮SiGe HBT器件高功率效率、良好高頻特性和高能量轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行了多模多頻功率放大器的設(shè)計(jì)研究。分別設(shè)計(jì)了符合900MHz/1.95GHz/2.4GHz三個(gè)頻段及相關(guān)協(xié)議性能要求的射頻功率放大器；
　　 3.研究了自適應(yīng)偏置技術(shù)提高效率的方法，并同時(shí)將一種輸出阻抗匹配損耗計(jì)算分析方法應(yīng)用于900MHz功率放大器設(shè)計(jì)，針對(duì)SiGe BiCMOS AB類兩級(jí)功放結(jié)構(gòu)輸出阻抗匹配進(jìn)行了優(yōu)化。在片測(cè)試結(jié)果表明該

5、功率放大器的輸出功率P1db≥24dBm，功率附加效率PAE≥27.4％，有效提升了功率放大器的效率；
　　 4.研究分析了SiGe BiCMOS AB類功率放大器在吉赫茲(GHz)頻段高階非線性AM-PM/AM-AM效應(yīng)，并應(yīng)用于1.95GHz功率放大器設(shè)計(jì)。同時(shí)提出了一種基于MOS可變電容的直接反饋?zhàn)与娐?，通過相移網(wǎng)絡(luò)改善二次諧波性能。在片測(cè)試表明1.95GHz功率放大器的P1dB≥24dBm，P1dB處PAE≥25.2％。

6、輸出功率為24dBm時(shí)測(cè)得的ACPR為-37.04dBc，EVM rms為2.11％。該設(shè)計(jì)方法有效抑制了諧波分量，提高了線性度；
　　 5.針對(duì)2.4GHz寬信道帶寬信號(hào)的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)了SiGe BiCMOS A類2.4GHz功放輸出無源阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)并優(yōu)化版圖設(shè)計(jì)，采用功率回退技術(shù)來提升線性度。在片測(cè)試結(jié)果表明其P1dB≥22dBm，在802.11b/g模式下工作時(shí)發(fā)射頻譜均可滿足協(xié)議要求；
　　 6.提出了一種多模

7、多頻直接變頻無線發(fā)射模塊架構(gòu)，可同時(shí)涵蓋三種模式中的高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、中等速率射頻識(shí)別與低速率語音業(yè)務(wù)應(yīng)用需求；對(duì)其中關(guān)鍵電路，包括小數(shù)分頻頻率綜合器、基帶電路和上混頻器進(jìn)行了設(shè)計(jì)及試流片，初步功能測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了0.18μm SiGe BiCMOS工藝平臺(tái)的可兼容性。
　　 本論文受核高基國(guó)家重大專項(xiàng)《嵌入式多模、多頻收發(fā)器關(guān)鍵IP硬核研究》(編號(hào)：2009ZX01034-002-002-001)和上海市國(guó)際科技合作基金項(xiàng)目《鍺硅