基于40nm CMOS工藝的變壓器耦合毫米波功率放大器的設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，電子信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展?？焖侔l(fā)展的多媒體技術(shù)使得人們對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)速率等要求也越來(lái)越高。低頻無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜資源緊張，信號(hào)傳輸速率較低，難以滿足高速無(wú)線通信需求。而毫米波頻段頻譜資源豐富，且采用低階調(diào)制即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)高速率傳輸。毫米波通信技術(shù)給無(wú)線通信帶來(lái)了新的研究方向和更多的選擇。
　　近十年來(lái)，人們對(duì)毫米波CMOS射頻前端電路進(jìn)行了大量的研究。作為收發(fā)機(jī)無(wú)線通信系統(tǒng)中最重要的電路模塊之一，功率放大

2、器一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。采用CMOS工藝設(shè)計(jì)毫米波功率放大器具有高集成度、低成本等顯著優(yōu)勢(shì)，不過(guò)也存在著輸出功率較低、晶體管的增益較低、無(wú)源器件設(shè)計(jì)困難等問(wèn)題。針對(duì)這些困難，本論文應(yīng)用了一系列新的電路設(shè)計(jì)技術(shù):采用偽差分共源放大器結(jié)構(gòu)提高功率放大器的增益和隔離度;采用中和電容技術(shù)抵消了晶體管寄生效應(yīng);采用變壓器匹配技術(shù)，并利用圓輔助變壓器設(shè)計(jì)，減小了匹配網(wǎng)絡(luò)損耗，提高了功率放大器的輸出功率。在此基礎(chǔ)上，本論文討論了CMOS工藝

3、功率放大器的基礎(chǔ)理論，簡(jiǎn)要介紹了CMOS工藝中的無(wú)源器件原理、毫米波CMOS功率放大器的基本設(shè)計(jì)思路等部分，重點(diǎn)介紹了降低有源晶體管損耗的版圖布局方式和變壓器匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。最終，基于TSMC40nm CMOS工藝，本論文設(shè)計(jì)了一款38GHz的毫米波功率放大器，初步嘗試解決CMOS工藝毫米波功率放大器設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題。
　　本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)放大器結(jié)構(gòu)，芯片核心面積為230μm×590μm。在經(jīng)過(guò)電路設(shè)計(jì)、無(wú)源器件電磁仿真、版圖設(shè)計(jì)