提出了一款采用40 nm 互补金属氧化物半导体 (CMOS) 工艺的28 GHz高功率密度、高增益、单驱动4路Doherty功率放大器, 通过引入基于分布式有源变压器的级间正交功分器来代替传统的正交功分网络, 实现低插入损耗, 有效提高增益和功率密度. 此外, 设计了一款单变压器形式的混合合成网络实现功率合成与负载调制, 并对该网络进行了高功率密度优化设计. 芯片测试结果表明: 在28 GHz时, 该功率放大器的饱和输出功率达22.6 dBm, 1 dB压缩点输出功率为21.2 dBm, 峰值功率附加效率达到20.5%, 在6 dB功率回退时的功率附加效率为14.2%. 当输入100 MHz带宽的64阶正交振幅调制的正交频分复用信号时, 在 –25 dB误差矢量幅度条件下, 该款功率放大器可实现13.5 dBm的平均输出功率和9%的平均功率附加效率; 当信号带宽扩展至400 MHz时, 该功率放大器在相同误差矢量幅度指标下, 仍能维持11.3 dBm的平均输出功率和8%的平均功率附加效率. 芯片核心面积为0.38 mm2, 功率密度达到0.48 W/mm2.
本文设计了一款可应用于Wi-Fi通信的2.4 GHz硅基、高输出功率、高能效、高线性度开关电容功率放大器(SCPA)数字发射机芯片. 该发射机由数字模块、射频模块两部分构成. 在射频模块中, SCPA采用10 bit分辨率同相正交 (I/Q) 架构, 利用时钟交互技术规避I/Q两路正交信号合成时的交叠损失以提升功率, 并采用交叉4路串联Doherty无源合成网络提升功率及回退效率. 在数字模块中, 通过数字预失真(DPD)处理实现了芯片整体输出线性度的优化. 该芯片采用22 nm 互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺设计, 后仿真结果表明: 发射机在2.4 GHz处饱和输出功率为30.44 dBm, 峰值系统效率为47.73%; 在2.5、6、12 dB功率回退时, 系统效率分别为34.73%、37.92%、17.94%. 对于4096-QAM调制信号, 能够实现最终误差矢量幅度(EVM)小于 –38 dB.
微带梳状天线的辐射单元通常以平行微带形式排列, 因其单元间距固定且尺寸较小, 易用于大规模阵列设计, 但梳状阵列的带宽常受限于微带线谐振特性, 线性排列单元间易产生较高的交叉极化电平. 微带栅格阵列天线通过对称型单元排布和耦合设计, 能够实现更平坦的增益、更宽的阻抗带宽. 此外, 通过优化单元布局和馈电网络, 可以有效抑制旁瓣、改善极化纯度并降低传输损耗. 本文提出了一种K波段阵列天线, 集成串馈接收天线与串并馈发射天线于一体, 使用介电常数εr=2.2的RO5880材料作为介质基板, 采用切比雪夫分布对各单元进行非均匀激励以设计低旁瓣电平. 天线测试结果表明: 在23.0~24.3 GHz频段内天线整体增益达23.4 dBi, 阵列3 dB增益带宽覆盖23.02~24.08 GHz, 阵列间隔离度在工作频段内低于 –46 dB, 在中心频率23.5 GHz处, E面和H面的副瓣电平均低于 –15 dB, 该天线满足车载雷达、短距离高速率通信和5G基站等密集场景需求.
提出了一款面向第六代Wi-Fi (Wi-Fi 6) 应用的宽带、高功率数字Doherty功率放大器, 基于22 nm CMOS工艺实现了5.125~7.125 GHz频段覆盖. 该功率放大器采用Polar架构, 通过紧凑式全差分宽带正交输入网络, 在2 GHz带宽内实现低于6° 的相位误差, 并结合8 bit相位调制模块, 兼顾高阶调制性能与芯片集成度; 输出端将四分之一波长传输线集成至变压器模型, 构建低插损、小面积的Doherty功率合成网络, 并结合8 bit幅度调制模块实现瓦特级输出. 此外, 功率放大器通过融合Doherty负载调制与Class-G技术, 优化了6 dB和12 dB两个功率状态下的回退效率. 后仿真结果表明: 饱和输出功率为29 dBm, 峰值效率为23%, 6 dB和12 dB的回退效率分别为22%和13%; 在80 MHz带宽、256-QAM调制信号下, 误差矢量幅度 (EVM) 为 –30 dB时, 平均输出功率达21 dBm, 满足Wi-Fi 6系统对宽带、高效率及高线性度的综合需求.
本文设计了一款基于40 nm CMOS工艺, 应用于5G FR2 (Frequency Range 2)频段的宽带低噪声放大器(LNA). 该放大器采用三级差分共源共栅结构, 结合反相双耦合增益增强技术, 在实现宽带输入匹配的同时显著提高增益. 通过采用电感反馈共栅短接技术, 最大稳定增益(MSG)提升了5.46 dB, 输出1 dB压缩点优化了9.95 dB. 基于混合级间宽带匹配网络, 使用跨阻峰平坦错峰方法, 实现了12 GHz的宽带性能. 芯片后仿真结果表明, LNA的峰值增益达到13.5 dB, 3 dB带宽覆盖23.7~35.8 GHz, 分数带宽为41%, 最小噪声系数为5.74 dB, 输入1 dB压缩点 (IP1dB) 为 –11.8 dBm.
提出了一种20~25 GHz低噪声放大器, 该放大器采用基于变压器的改进型多路径噪声抵消(IMNC)结构. 所提出的IMNC方法解决了传统双路径噪声抵消(DPNC)技术的关键局限性. DPNC技术使用共源(CS)级和共栅(CG)级来相互抵消噪声, 但是并不能完全消除CG级的噪声. 尽管增加CG晶体管的跨导可以改善CS级的噪声消除, 但它引入了功耗和噪声性能之间的权衡. 为了克服这些限制, IMNC架构引入了一个无源网络, 即3圈堆叠变压器, 使得CG级增益提高, 在不增加功耗的情况下改善了CS级的噪声抵消效果. 该变压器还构建了一个额外的噪声传输路径, 使部分CG级噪声能够实现自抵消. 与传统的DPNC方法相比, 这些改进带来了更好的噪声性能和功率效率. 本文采用40 nm 互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工艺制造, 峰值增益为14.5 dB, 3 dB带宽为5.1 GHz(在20~25 GHz频段), 最小噪声系数(Noise Figure, NF)为2.0 dB, 功耗为22.4 mW, 核心面积为0.16 mm2.
本文研究了一款70.3~86.6 GHz的低噪声放大器 (Low-Noise Amplifier, LNA), 可同时应用于E波段通信和77 GHz汽车雷达. LNA采用三级差分结构, 降低共模噪声带来的不利影响. 输入级采用基于源栅耦合变压器的噪声抵消技术及等效跨导增强技术, 在降低噪声的同时提高增益, 结合单端转差分巴伦, 实现输入阻抗匹配和最优噪声匹配. 中间级采用带有中和电容的共源结构, 提高稳定性和增益. 输出级采用共源共栅结构, 通过共栅短接技术提高增益, 采用双中和电容技术抑制寄生效应, 提高稳定性与增益, 同时在共栅管源极和共源管漏极之间加入电感, 抑制寄生效应, 拓展截止频率. 芯片仿真结果表明: 该款低噪声放大器最高增益为22.54 dB, 3 dB带宽为70.3~86.6 GHz, 工作频段内最小噪声系数为5.48 dB, 且频段内噪声波动小于0.69 dB, 输入和输出反射系数均小于–8.5 dB, 输入1 dB增益压缩点(IP1dB)为–16.39 dBm.
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