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功率放大器的RFIC设计与仿真

朱丽军  
【摘要】: 本文根据小卫星“微型核”射频单元发射机的输出功率及效率的需求,提出了一种两级全集成F类功率放大器的结构,并对谐振网络进行了优化,采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺进行设计实现。 首先,论文对“微型核”概念进行了介绍,并根据其对通信电子系统的要求,进行了上行、下行和星间链路分析和估算,提出了收发机的RFIC解决方案,通过对nRF2401进行射频前端的设计实现通信需求。 其次,简要介绍了功率放大器的分类,指出了功率放大器类型与调制方式的关系,以及提高功率放大器效率的方法。在这一方法的基础上,引出了开关模式功率放大器,并对D类、E类、F类功率放大器进行了详细介绍,分析其优缺点。 在此基础上,我们首先设计了一个单端两级全集成功率放大器,从效率方面考虑,输出级采用了F类放大器结构。仿真分析指出,PAE达到了48%,输出功率为21dBm。为进一步提高输出功率,考虑工艺的限制后,结合差分设计和交叉耦合的设计方法,对谐振网络进行了改造,采用Type3型中间级网路,设计了全集成差分耦合功率放大器,其PAE为43.8%,输出功率达到了26.7dBm,满足设计指标要求。 最后,采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺设计了电路版图。


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