应用于WLAN的CMOS射频功率放大器及控制电路的研究与设计

【摘要】随着科学技术的不断发展,无线局域网已经被广泛应用于无线通信中,如WiFi,蓝牙等。射频功率放大器作为发射机的核心器件,其性能已经成为制约整个发射机系统的关键因素。CMOS工艺所具有的高集成度、低功耗、低成本的优势,能实现整个收发器和功率放大器集成在单个CMOS芯片上。低压差线性稳压器(LDO)作为一种常用的电源管理芯片,它的输出静态电流小,噪声低,抗电磁干扰能力强,瞬态响应速度快,广泛的应用于通信、医疗、计算机等众多领域中。首先,本文分析了功率放大器的基本特点、主要性能指标,然后研究了用CMOS工艺设计射频功率放大器的局限性。接下来介绍了低压差线性稳压器的系统架构、工作原理和主要性能指标。其次,针对CMOS工艺晶体管低击穿电压和低跨导等缺点,本文在电路设计中采用单端两级共源共栅拓扑结构。为满足IEEE802.11ac发射机的线性度要求,功率放大器的驱动级偏置在ClassA工作状态,输出级偏置在ClassAB状态。输出匹配网络采用特殊的谐波处理,在三次谐波处开路,二次谐波处短路。在偏置电路的设计中,实现了一个高精度,高电源抑制,电路实现简单的电流基准。功率放大器采用SMIC0.18μmRFCMOS工艺,该功率放大器的工作频率为2.4GGHZ。利用Cadence公司的spectreRF进行仿真。仿真结果显示,在3.3V工作电压下,最大输出功率30.1dBm,1dB压缩点处输出功率27.389dBm,功率附加效率PAE32.4%。最后,对低压差线性稳压器关键模块进行了分析和设计。本文设计的低压差线性稳压器应用于射频功率放大器。结合功率放大器的实际工作状态,设计了一个输出电压可调整的低压差线性稳压器电路。该低压差线性稳压器电路可输出三个不同的基准电压,分别对应功率放大器的高功率模式、中等功率模式和低功率模式。整体电路设计包括带隙基准电路、误差放大器、调整管和反馈电阻网络等。基于SMIC0.18μmRFCMOS工艺,采用Cadencespectre软件进行仿真。最终仿真结果表明,当输入电压在3.1-4.1V范围时,输出电压典型值为2.9V、2.751V、2.651V,所设计的LDO具有较高的精度,其LPM模式下线性调整率为2.95×10-4%/V(Iout=10mA),负载调整率为0.01585%/A(Vin=3.4V),当温度在-30℃-100℃之间变化时,输出电压温漂为-402.2ppm/℃。
【作者】刘斌；
【导师】章国豪；
【作者基本信息】广东工业大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】无线局域网；功率放大器；CMOS；低压差线性稳压器；

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