W波段硅基功率放大器研究

作     者：蒋桂云 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈继新;侯德彬

授予年度：2018年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080902[工学-电路与系统] 08[工学] 

主      题：SiGe 毫米波 功率放大器 W波段 

摘      要：近年来,随着无线通信技术的不断发展,人们对于通信速率和带宽的需求越来越高,毫米波频段具有丰富的频谱资源和通信带宽已逐渐成为研究热点。本文针对毫米波系统的关键部件之一的功率放大器开展研究,采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺,设计了W波段毫米波功率放大器芯片。论文首先分析了毫米波功放中的有源和无源器件,如HBT晶体管、电感电容、传输线以及巴伦变压器等,采用仿真软件进行建模,分析毫米波频段的器件特性。在此基础上采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计了三级全差分Cascode(共射共基)结构的W波段功率放大器,利用Marchand巴伦实现输入输出端口差分转单端,巴伦仿真损耗为1.4dB,在Cascode结构中利用传输线电感提高了功放的稳定性。流片测试结果表明,该功放在104GHz时最大增益为17dB,饱和输出功率为6.1dBm,3dB带宽为15GHz(95-110GHz),包括静电防护(ESD)结构在内的芯片面积为0.9mm。论文采用相同工艺仿真设计了另一款W波段功放。利用变压器实现级间匹配,输入输出巴伦基于变压器结构,仿真显示在100GHz时增益为15dB,最大PAE为4.5%,饱和输出功率为12.8dBm,核心版图面积为0.21mm。