一种0.15 μm GaAs pHEMT高效率功率放大器

基于0.15 μm GaAs(D-Mode)pHEMT工艺,采用多级级联的方式,设计了一种中心频率为2.4 GHz的高效率功率放大器。采用两级级联放大结构,驱动级采用共源结构,提高了输出功率和线性度。功率级采用自偏置技术共源共栅结构,增益和效率得到提升。工作模式分别为A类和AB类。版图面积为1.45 mm²。仿真结果表明,在驱动级电路工作于5 V、功率级电路工作于10 V、频率为2.4 GHz的条件下,1 dB压缩点功率为31.99 dBm,最大输出功率为32.01 dBm,小信号增益为30.51 dB,功率附加效率为40.74%。输入功率为1.48 dBm时,在1.94~2.82 GHz频带内,输出功率为30.29~32.07 dBm,功率附加效率为30%~41.9%,小信号增益峰值为31.97 dB,3 dB带宽为880 MHz。     

75 GHz 13.92 dBm InP DHBT 共射共基功率放大器

报道了基于InP基双屏质结双板晶体管(DHBT)工艺的四指共射共基75 GHz微波单片集成(MMIC)功率放大器,器件的最高振荡频率fmax为150 GHz.放大器的输出极发射极面积为15μm×4μm.功率放大器在75 GHz时功率增益为12.3 dB,饱和输出功率为13.92 dBm.放大器在72.5 GHz处输入为2 dBm时达到最大输出功率14.53 dBm.整个芯片传输连接采用共面波导结构,芯片面积为1.06 mm×0.75 mm.     

应用于C-X-Ku波段的宽带功率放大器

采用0.25μm AlGaAs/InGaAs/GaAs PHEMT工艺技术,研制出了6～18GHz三级MMIC全匹配宽带功率放大器单片.在6～18GHz的工作频率下,放大器的平均功率增益为19dB,输出功率大于33.3dBm,在10GHz处有最大输出功率34.7dBm,输入回波损耗S11低于-10dB,输出回波损耗S22低于-6dB.与报道的C-X-Ku频段宽带功率放大器相比,有较好的功率平坦度.     

应用于C-X-Ku波段的宽带功率放大器

采用0.25μm AlGaAs/InGaAs/GaAs PHEMT工艺技术,研制出了6～18GHz三级MMIC全匹配宽带功率放大器单片.在6～18GHz的工作频率下,放大器的平均功率增益为19dB,输出功率大于33.3dBm,在10GHz处有最大输出功率34.7dBm,输入回波损耗S11低于-10dB,输出回波损耗S22低于-6dB.与报道的C-X-Ku频段宽带功率放大器相比,有较好的功率平坦度.     

一种65 nm CMOS 60 GHz高增益功率放大器

设计了一种基于65 nm CMOS工艺的60 GHz功率放大器。采用共源共栅结构与电容中和共源级结构相结合的方式来提高功率放大器的增益,并采用两路差分结构来提高输出功率。采用片上变压器作为输入/输出匹配及级间匹配,以减小芯片的面积,从而降低成本。采用Cadence、ADS和Momentum等软件进行联合仿真。后仿真结果表明,在工作频段为60 GHz时,最大小信号增益为26 dB,最大功率附加效率为18.6%,饱和输出功率为15.2 dBm。该功率放大器具有高增益、高效率、低成本等优点。     

6～18 GHz GaAs射频前端多功能MMIC

基于GaAs单片微波集成电路(MMIC)工艺设计并制备了一款宽带射频前端多功能电路芯片,其包含功率放大器、限幅低噪声放大器(LNA)和收发开关.功率放大器采用平衡式结构同时选择合适的匹配网络实现宽带匹配;限幅器第一级采用功分结构提高耐功率能力;LNA前三级采用电流复用拓扑结构实现低功耗,最后一级采用自偏置结构增加动态范围;天线端的开关具有较高的功率容量,保证信号经过开关后不会压缩而导致发射支路输出功率不足.测试结果显示,电路在6～ 18 GHz频带内,接收支路噪声系数典型值为3.7 dB,增益约为27 dB,1 dB压缩点输出功率典型值大于7 dBm,功耗约为140 mW,能耐受1W的连续波输入功率;发射支路饱和输出功率大于30 dBm,功率附加效率典型值为26％.     

优化偏置点的SiGe功率放大器设计

采用0.18 μm SiGe BiCMOS工艺,设计了应用于2.4 GHz频段无线局域网的功率放大器。着重测试分析了偏置点对放大器输出信号误差矢量幅度和效率的影响。发现通过优化偏置点,可提高功率放大器的最大线性输出功率和效率。电路采用三级单端放大结构,集成了偏置电路、输入匹配和级间匹配电路。在优化的偏置点下测试表明,在2.45 GHz频率处增益为26.6 dB,1 dB压缩点处输出功率为23.6 dBm。对于IEEE 802.11g 54 Mbps的调制信号,误差矢量幅度为5.6%时,线性输出功率达到16.6 dBm。     

一种基于0.13 μm SiGe工艺的77 GHz功率放大器

提出了一种采用0.13 μm SiGe工艺制作的77 GHz功率放大器。该放大器采用两路合成结构提高输出功率,采用两级差分放大结构提高增益。功率级选择Cascode结构,提升功率级输出阻抗,便于匹配。驱动级选择共射极加中和电容的结构,便于提升增益。在输入端,通过两路耦合线巴伦结构进行功率分配,得到两对差分信号,经过两路放大之后再通过两路耦合线巴伦结构进行功率合成,最后输出信号,级间匹配采用变压器匹配。该功率放大器采用ADS软件仿真。结果表明,在77 GHz的工作频点处,小信号增益为19.6 dB,峰值功率附加效率为11%,饱和输出功率为18.5 dBm。     

一种功率增益可控的全集成CMOS功率放大器

设计了一种单片全集成、输出功率增益可变的CMOS功率放大器电路。功率放大器电路输出级通过电容分压实现阻抗匹配,输出功率增益通过三位数字控制位实现七级增益控制。该功率放大器基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计。测试结果表明,当功率放大器工作在2.4GHz时,功率增益可以从2.5dB变化到16dB。当增益为16dB时,功率叠加效率约为15%,输出1dB功率为8dBm。整个功率放大器芯片尺寸为1.2mm×1.2mm。     

自适应偏置SOI CMOS功率放大器的设计

基于IBM 0.18 μm SOI CMOS工艺,设计了一款用于WLAN的高效率CMOS功率放大器。为了提高电路的可靠性,该放大器的驱动级和输出级均采用自适应偏置电路,使得共栅管和共源管的漏源电压分布更为均衡。该芯片采用两级共源共栅结构,片内集成了输入匹配电路和级间匹配电路。测试结果表明,该放大器的增益为23.9 dB,1 dB压缩点为23.9 dBm,效率为39.4%。当测试信号为IEEE 802.11g 54 Mb/s,在EVM为3%处,输出功率达到16.3 dBm。     

基于40 nm CMOS工艺的高效率功率放大器设计

针对硅基毫米波功率放大器存在的饱和输出功率较低、增益不足和效率不高的问题,基于TSMC 40nm CMOS工艺,设计了一款工作在28GHz的高效率和高增益连续F类功率放大器。提出的功率放大器由驱动级和功率级组成。针对功率级设计了一款基于变压器的谐波控制网络来实现功率合成和谐波控制,有效地提高了功率放大器的饱和输出功率和功率附加效率。采用PMOS管电容抵消功率级的栅源电容,进一步提高线性度和增益。电路后仿真结果表明,设计的功率放大器在饱和输出功率为20.5dBm处的峰值功率附加效率54%,1dB压缩点为19dBm,功率增益为27dB,在24GHz~32GHz频率处的功率附加效率大于40%。     

基于GaAs HBT的J类射频功率放大器

基于2 μm GaAs HBT工艺,设计了一种工作于1.8~2.0 GHz的射频功率放大器。该功率放大器采用两级放大结构,功率级选用具有良好线性度和效率的J类功率放大器。输出匹配电路采用电容电感组成的两级网络来实现低Q值匹配,拓宽了宽带性能。在驱动级输入端偏置处添加模拟预失真,进一步改善了幅相特性。电源电压为3.3 V,偏置电压为3.4 V。采用ADS软件对该功率放大器进行仿真。结果表明,在1.8~2.0 GHz频率范围内,饱和功率为30.2 dBm,1 dB压缩点输出功率为29.5 dBm,小信号功率增益为32 dB,功率附加效率高于46%。     

一款25~45 GHz宽带MMIC低噪声放大器

基于砷化镓(GaAs)赝晶型高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款25~45 GHz宽带单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器。该放大器采用三级级联的双电源结构,前两级在确保良好的输入回波损耗的同时优化了放大器的噪声;末级采用最大增益的匹配方式,保证了良好的增益平坦度、输出端口回波损耗以及输出功率。此外还对源电感和宽带匹配都进行了优化,实现了低噪声下的宽带输出。在片测试表明,在栅、漏偏置电压分别为-0.38 V和3 V,电流为60 mA的工作条件下,该放大器在25~45 GHz频带内噪声系数小于2 dB,增益为(22±1.5) dB,输入、输出电压驻波比典型值为2:1,1 dB增益压缩输出功率(P－1 dB)典型值为10 dBm。该低噪声放大器可以用于宽带毫米波收发系统。     

一种915 MHz 0.18 μm CMOS增益可变的功率放大器

针对射频前端发射距离的不确定性,设计了一款基于0.18 μm CMOS工艺的增益可变功率放大器。该功率放大器的中心工作频率为915 MHz,工作在AB类,采用两级单端共源共栅结构。输入级采用类似开关功能的栅压,控制3个并联的共源共栅结构输出管的导通,得到增益和输出功率可变的功率放大器。仿真结果表明,在输入级1.8 V和输出级3.3 V的电源电压下,该功率放大器功率增益范围为9~25.8 dB,1 dB压缩点处的最大输出功率为21.47 dBm,最大功率附加效率为29.6%。该放大器的版图面积为(1.4×1.2) mm²。     

基于变压器匹配的5G通信手机功率放大器设计

基于AWSC 2 μm的HBT工艺,设计了一种用于5G通信N77频段(3.3～4.2 GHz)的功率放大器。采用变压器匹配的方式,显著提高了功率放大器的增益、输出功率和功率附加效率,解决了放大电路级间匹配较难的问题。仿真和测试结果表明,在N77工作频段内,该功率放大器的增益为36～38 dBm,输出功率1 dB压缩点为37 dBm,输出功率1 dB压缩点处的功率附加效率为49.3 %,输出功率28.5 dBm处的功率附加效率为16.5 %、相邻频道泄漏比为-38.2 dBc。     

基于变压器匹配的1.8～2.7 GHz宽带功率放大器

针对5G移动通信系统n1,n2,n40和n41频段，基于InGaP/GaAs异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)工艺，设计了一款工作在1.8～2.7 GHz的宽带高增益功率放大器。该功放采用并联式负反馈的三级放大结构。为了拓展电路的工作带宽，一方面，第二、三级级间匹配采用片上变压器，并将单端信号转换为差分信号；另一方面，输出匹配网络采用片外变压器，实现阻抗变换和功率合成。实测结果表明，室温下所实现的宽带功率放大器在1.8～2.7 GHz全频段内小信号增益不小于32 dB,饱和输出功率大于31.9 dBm,饱和工作效率大于28%。输入4G-LTE 20 MHz的调制信号，当放大器的输出功率为22 dBm时，全工作频段邻近信道功率比(Adjacent Channel Power Ratio, ACPR)小于-39 dBc。1 dB压缩点输出功率在1.9,2.3和2.6 GHz三个工作频点实测均大于30.7 dBm。     

基于GaN HEMT的155～172 GHz功率放大器设计

设计了一款G波段GaN HEMT功率放大器。放大器采用级联结构,在每级设计中均引入了并联反馈。放大器工作频段内的小信号增益大于25 dB,3 dB带宽为17 GHz。大信号测试结果显示,在155～172 GHz饱和输出功率为14～17 dBm;在165 GHz饱和输出功率密度为17 dBm,对应的功率密度为1.25 W/mm。该功率放大器直流损耗功率为1 060 mW,峰值功率附加效率为4.7%。     

基于GaN工艺的3.3～3.6 GHz Doherty功率放大器MMIC设计北大核心

基于GaN工艺设计了一款饱和输出功率为44 dBm、功率回退为9 dB的非对称Doherty功率放大器。为了提高增益，在Doherty功率放大器前方增加驱动级。通过对主放大器的输出匹配电路进行阻抗匹配优化设计，去掉λ/4阻抗变换线；辅助功放输出阻抗采用RC网络等效代替，控制输出匹配电路相位为0°,确保关断时为高阻状态；合路点的最佳阻抗直接选取50Ω,从而去掉λ/4阻抗变换线。芯片仿真结果表明，在3.3～3.6 GHz时，Doherty功率放大器的饱和输出功率达到44 dBm以上，功率增益达到25 dB以上，功率附加效率(PAE)达到50%以上；功率回退为9 dB时，PAE达到34.7%以上。Doherty功率放大器的版图尺寸为3.4 mm*3.3 mm,驱动级功率放大器的版图尺寸为1.5 mm*1.7 mm。     

一种用于5G通信的高稳定双模功率放大器

采用国产40 nm CMOS工艺,设计了一种用于5G通信的28 GHz双模功率放大器。功率级采用大尺寸晶体管,获得了高饱和输出功率。采用无中心抽头变压器,消除了大尺寸晶体管带来的共模振荡问题。在共源共栅结构的共栅管栅端加入大电阻,提高了共源共栅结构的高频稳定性。采用共栅短接技术,解决了大电阻引起的差模增益恶化问题。在级间匹配网络中采用变容管调节,实现了双模式工作,分别获得了高功率增益和高带宽。电路后仿真结果表明,在高增益模式下,该双模功率放大器获得了20.8 dBm的饱和输出功率、24.5%的功率附加效率和28.1 dB的功率增益。在高带宽模式下,获得了20.6 dBm的饱和输出功率、22.6%的功率附加效率和12.2 GHz的3 dB带宽。     

多倍频程GaN 分布式功率放大器的设计与实现

分布式放大器结构是一种能够实现极宽带宽的放大电路结构.不过由于晶体管自身功率密度的限制,分布式放大器大多用于小信号放大器的设计中.第3代宽禁带半导体GaN具有击穿场强高、输出功率密度大的优点,随着GaN晶体管的发展成熟,将其应用于分布式放大器结构中能够实现宽带功率放大器.本文采用4个GaNHEMT(高电子迁移率晶体管)分立器件进行分布式功率放大器设计,并以混合集成电路工艺加工,实现了0.3 ～2.5GHz的多倍频程宽带功率放大器.最终得到的测量结果显示,功率放大器在0.3 ～ 2.5GHz的频带内,饱和输出功率大于39dBm,线性增益大于8dB,最大PAE大于15％.