基于IBM SiGe BiCMOS工艺5PAe的2GHz功率放大器设计

采用IBM公司刚刚推出试用的0.35μm SiGe BiCMOS开发性工艺5PAe设计并实现了一个2GHz功率放大器. 该放大器采用两级单端结构,除集电极扼流电感外,其余元件全部片上实现,具有集成度高、结构简单的特点. 通过在管子基极和匹配电感中串联电阻,实现了全频段稳定. 键合测试表明,在所有电源电压下电路均能稳定工作. 在VC=3.5V, VB=6V, f=2.0GHz时,小信号增益为20.8dB,输入输出反射系数分别小于-17和-16dB, Pout-2dB约为24dBm. 而在输出功率为25.1dBm时,功率附加效率达到21.5%,二次和三次谐波分别小于-45和-52dBc,因而具有较好的线性度.     

2.4GHz SiGe BiCMOS功率放大器核心电路设计

基于宏力半导体有限公司最新的0.18 μm SiGe BiCMOS 1P6M工艺,提出了一种应用于2.4～2.5 GHz频段的功率放大器,采用两级共发射极结构,优化了电路结构和元件参数,并使用片上和片外电感电容进行匹配.仿真结果表明,电路在2.4～2.5 GHz频率范围内,增益(S21)达到21 dB,输入和输出匹配(S11,S22)分别达到-17 dB和-22 dB,1dB输出压缩点为16.7 dBm.在电源电压为3.3V时,电路总消耗电流为275 mA.     

基于0.35µm SiGe BiCMOS工艺的2.4GHz功率放大器

本文报道了基于0.35µm SiGe BiCMOS工艺的2.4GHz功率放大器的设计。为了降低PCB上的寄生效应,提高电路稳定性和增益,设计了带台面的金属板使芯片通过台面接地而避免通过PCB过孔接地。另外,输出匹配网络中采用了低通匹配形式,提高了电路的线性度和功率输出能力。在2.4GHz,测得1dB压缩点输出功率为15.7dBm,线性增益为27.6dB,S11和S22分别低于-7dB和-15dB。     

基于IBM SiGe BiCMOS工艺5PAe的中功率放大器

采用IBM公司刚刚推出试用的0.35μm SiGe BiCMOS开发性工艺5PAe设计并实现了一个C波段功率放大器。该放大器采用两级单端结构,除集电极扼流电感外,其余元件全部片上实现,具有集成度高、结构简单的特点。通过在管子基极和匹配电感中串联电阻实现了全频段稳定。键合测试表明,在所有电源电压下电路均能稳定工作。在VC=3.5V,VB=7V,f=4.1GHz时,小信号增益为17.7dB,输入输出反射系数分别为-16.9dB和-13.9dB,而在输出功率为22.8dBm时,二次和三次谐波分别小于-36dBc和-45dBc。     

一种2.4 GHz全集成SiGe BiCMOS功率放大器

针对2.4 GHz 802.11 b/g无线局域网(WLAN)的应用,该文设计了一种单片全集成的射频功率放大器(PA)。由于在自适应偏置电路中采用异质结晶体管(HBT)和电容构成的简单结构提高PA的线性度,因此不增加PA的直流功耗、插损和芯片面积。在基极偏置的DC通路中采用电阻负反馈实现温度稳定功能,有效避免热崩溃的同时不引起射频损耗。采用了GRACE 0.18mSiGe BiCMOS 工艺流片,芯片面积为1.56 mm2,实现了包括所有偏置电路和匹配电路的片上全集成。测试结果表明,在2.4-2.5 GHz工作频段,PA的小信号S21增益达23 dB,输入回波损耗S11小于-15 dB。PA的 1 dB 输出压缩点的线性输出功率为19.6 dBm,功率附加效率为20%,功率增益为22 dB。     

新一代超高速SiGe BiCMOS工艺研究进展

综述了近年来国际上SiGe BiCMOS工艺的最新研究成果和工艺量产情况,具体展现和讨论了不同机构所研发的器件结构、工艺流程及其性能,并且展望了器件及工艺进一步优化的方向。虽然目前传统的双多晶自对准选择性外延基区结构实现了最佳的量产性能,但受限于内外基区连接电阻和选择性外延基区薄膜的不均匀性,其器件性能很难再有进一步提高。非选择性外延基区结构在实验室获得了极高的性能,但其自对准特性较低,这妨碍了其工业量产和更大规模集成。维持HBT器件与更小尺寸基线CMOS的工艺兼容性变得越来越困难。对高性能、工业量产和低成本进行综合,仍然是一项具有较大挑战性的任务。     

基于 SiGe 工艺的线性功率放大器设计

基于SiGe Heterojunction Bipolar Transistors（HBT）工艺设计了一款线性射频功率放大器．该功率放大器采用三级级联结构,每一级采用自适应偏置网络,级间匹的网络集成在片内,匹配网络中的电感由绑定线实现．该功率放大器工作在2G Hz ,带宽50M Hz ,增益30dB ,在1dB压缩点输出功率（P1dB ）为27．1dBm ,功率附加效率（PAE）为36％．该功放由3．4V电压供电,芯片尺寸1mm ×0．7mm ．     

应用于TD-LTE的SiGe BiCMOS功率 放大器的设计

针对准第四代无线通信技术TD-LTE中2.570~2.620 GHz频段的应用,设计了一款基于IBM SiGe BiCMOS7WL工艺的射频功率放大器。该功率放大器工作于AB类,采用单端结构,由两级共发射极电路级联构成,带有基极镇流电阻,除两个谐振电感采用片外元件外,其他全部元件均片上集成,芯片面积为(1.004×0.736)mm2。测试结果表明,在3.3 V电源电压下,电路总消耗电流为109 mA,放大器的功率增益为16 dB,输出1 dB增益压缩点为15 dBm。该驱动放大器具有良好的输入匹配,工作稳定。     

一种偏置电流可控的2.4GHz SiGe HBT功率放大器设计

A 2.4-GHz SiGe HBT power amplifier （PA） with a novel bias current controlling circuit has been realized in IBM 0.35-μm SiGe BiCMOS technology, BiCMOS5PAe. The bias circuit switches the quiescent current to make the PA operate in a high or low power mode. Under a single supply voltage of ＋3.5 V, the two-stage mode-switchable power amplifier provides a PAE improvement up to 56.7% and 19.2% at an output power of 0 and 20 dBm, respec- tively, with a reduced quiescent current in the low power mode as compared to only operating the PA in the high power mode. The die size is only 1.32×1.37mm^2.     

一种W波段SiGe BiCMOS平衡式功率放大器

基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一种W波段平衡式功率放大器。采用了由两个单级放大器和两个3 dB差分正交耦合器组成的全差分结构。采用变压器匹配网络,实现了良好的输入与输出匹配性能。利用三维电磁场仿真软件进行了电磁仿真。仿真结果表明,在90~100 GHz频段内,输入与输出的匹配良好,输入反射系数S₁₁小于-17 dB,输出反射系数S₂₂小于-14 dB。在94 GHz频率处,小信号增益为6.1 dB,输出1 dB压缩点功率为10.2 dBm。芯片尺寸为1.22 mm × 1.42 mm。该功率放大器适用于通信、雷达、成像等领域。     

一种偏置电流可调节的高效率2.4GHz锗硅功率放大器

基于IBM0.35μm SiGe BiCMOS工艺BiCMOS5PAe实现了一种偏置电流可调节的高效率2.4GHz锗硅功率放大器。该功率放大器采用两级单端结构和一种新型偏置电路,除射频扼流电感外,其它元件均片内集成。采用的新型偏置电路用于调节功率放大器的静态偏置电流,使功率放大器工作在高功率模式状态或低功率模式状态。在3.5V电源条件下,功率放大器在低功率模式下工作时,与工作在高功率模式下相比,其功率附加效率在输出0dBm时提高了56.7%,在输出20dBm时提高了19.2%。芯片的尺寸为1.32mm×1.37mm。     

5 GHz无线局域网的锗硅异质结晶体管功率放大器

采用IBM 0.35 μm SiGe BiCMOS工艺设计了一种应用于5 GHz无线局域网的射频功率放大器.功率放大器工作在A类状态,由两级共发射极放大电路组成,并利用自适应偏置技术改善了功放的线性度.输入输出和级间匹配网络都采用片内元件实现.在3.3 V的电源电压下,模拟得到的功率增益为32.7dB;1dB压缩点输出功率为25.7 dBm;最大功率附加效率(PAE)为15%.     

应用于WCDMA的双频单片SiGe BiCMOS功率放大器

采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺设计实现了一款用于3GPP WCDMA 850/2100(band-I/band-V)的双频单芯片功率放大器(PA)。PA采用单端共射级3级级联的结构,具有带模拟开关的片上偏置电路,通过控制偏置电流对两个PA工作状态进行切换。制造的芯片面积为1.82 mm×2.83 mm,片上集成了开关电路、偏置电路和输入匹配、级间匹配电路。在3.3 V电源电压下测试结果表明,对于band-V(CLR)频段,PA的线性输出功率P1 dB为28.6 dBm,5 dBm输入时,功率附加效率PAE,为34%。对于band-I(IMT)频段,PA的P1 dB为26.3 dBm,PAE为31%。     

一种SiGe BiCMOS 140 GHz高增益功率放大器

基于IHP 130 nm SiGe BiCMOS工艺,设计了一种中心频率为140 GHz 的三级Cascode结构的功率放大器。该放大器由两个驱动级和一个输出功率级组成,输入、输出和级间匹配均采用微带线实现。设计中,选用最佳尺寸的晶体管,通过分析得到最佳偏置电流和最佳偏置电压,从而获得最大的电压摆幅,以提高输出功率。仿真结果表明,在120~160 GHz的工作频带中,该放大器的最高增益为28 dB,饱和输出功率为16.2 dBm, 功率附加效率为20%,功耗为220 mW。     

一种新型2.4 GHz SiGe BiCMOS低噪声放大器

基于窄带低噪声放大器理论,设计了一种2.4 GHz,具有低功耗、低噪声和良好匹配性等优点的新型BiFET结构SiGe BiCMOS低噪声放大器。采用TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺库,利用SpectreRF软件的仿真结果显示,该电路具有2.27 dB低噪声系数,11.5 dB正向增益;2 V工作电压下,其功耗仅为6.1 mW。研究结果表明,该低噪声放大器在射频蓝牙系统中具有一定的应用前景。     

SiGe HBT工艺宽带功率放大器

A novel broadband power amplifier fabricated in 0.13 m SiGe HBT technology is realized.The pseudo-differential structure is proposed to avoid the influence of the bonding wire due to the AC virtual ground created at the common emitter node.A compensated matching technique is adopted in interstage matching to expand bandwidth.A multi-stage broadband matching technique is used in an input/output matching network to offer broadband impedance matching,which ensures maximum power transfer.An adaptive bias circuit could improve linearity and efficiency in wide output power level.With 2.5 V power supply,the measured results achieve 96% 3-dB bandwidth(517-1470 MHz),27.2 dB power gain,26.9 dBm maximum output power,19.7 dBm output 1 dB compression point,and 26.7% power added efficiency.