（微电子学与固体电子学专业论文）基于013μm+sige+hbt工艺的射频功率放大器设计.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 ，、 论文作者签名： 至重尧 日期：兰旦 2 ：里：之； 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 芝耋荛导师签名： 山东人学硕上学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 符号说明v 第一章绪论1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2s i g eh b t 工艺概述3 1 3s i g e 功率放大器研究现状5 1 4 本文研究工作及组织结构8 第二章功率放大器的理论基础9 2 1 功率放大器的分类9 2 1 1a 类功率放大器9 2 ，1 2b 类功率放大器1 0 2 1 3c 类功率放大器1 l 2 1 4a b 类功率放大器1 2 2 2 功率放大器的基本性能参数1 2 2 2 1 输出功率1 3 2 。2 。2 功率增益1 3 2 2 3 效率1 4 2 2 3 线性度一1 4 2 3 功率放大器的设计理论一1 7 2 3 1 稳定性1 7 2 3 2 阻抗匹配18 2 。3 3 偏置电路2 l 2 4 本章小结2 5 第三章功率放大器的设计2 6 3 1 功率放大器的设计步骤2 6 3 20 13i t ms i g eh b t 工艺2 7 山东大学硕i 二学位论文 3 3 功率放大器的设计指标2 7 3 4 功率放大器的电路设计2 8 3 4 1 功率放大器的结构设计2 8 3 4 2 自适应偏置电路设计2 9 3 4 3 稳定性设计一3 0 3 4 4 阻抗匹配电路设计3 2 3 4 5 电路前仿真结果。3 4 3 5 功率放大器的版图设计3 6 3 5 1 版图设计考虑3 7 3 5 2 电路后仿真结果及分析3 8 3 6 本章小结。4 0 第四章功率放大器的测试4 l 4 1 测试p c b 设计4 l 4 2 测试环境4 2 4 3 测试方案及结果4 4 4 4 测试结果分析4 9 4 5 本章小结5 0 第五章总结51 参考文献5 3 致谢5 7 山东人学硕+ l ：学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) i a b s t r a c t i i i l i s to fs y m b o l s v c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2s u m m a r yo fs i g eh b t t e c h n o l o g y ，3 1 ：；r e s e a r c hs t a t u so fs i g ep a 5 1 4m a i nc o n t e n t sa n ds t r u c t u r eo ft h i sp a p e r 8 c h a p t e r2t h e o r e t i c a lb a s i so fp a 。9 2 1c l a s s i f i c a t i o no fp a 9 ：! 1 1c l a s sap a 9 2 1 ：! c l a s sbp a 1 0 2 1 3c l a s scp a “ 2 1 4c l a s sa bp a 1 2 2 2p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fp a 1 2 2 2 1o u t p u tp o w e r 13 2 2 2p o w e rg a i n 1 3 2 2 3e f f i c i e n c y 1 4 2 2 3l i n e a r i t y 1 4 2 3t h e o r yo fp ad e s i g n 17 2 3 1s t a b i l i t y 17 ：! 3 2i m p e d a n c em a t c h i n g 1 8 2 3 3b i a sc i r c u i t 2 1 2 4s u m m a r y 2 5 c h a p t e r3p ad e s i g n 2 6 3 1p ad e s i g ns t e p s 2 6 3 2o 13 p ms i g eh b tt e c h n o l o g y 2 7 山东人学硕二l 二学位论文 ：；3p ad e s i g ni n d e x 2 7 ：；4c i r c u i td e s i g no ft h i sp a 2 8 ：；4 1s t r u c t u r ed e s i g n 2 8 ：i 4 2b i a sc i r c u i td e s i g n 2 9 ：；4 3s t a b i l i t yd e s i g n 3 0 3 4 4i m p e d a n c em a t c h i n gn e t w o r k sd e s i g n 。3 2 3 4 5p r e s i m u l a t i o nr e s u l t s 。3 4 ：；5 l a y o u td e s i g no ft h i sp a 3 6 3 5 1l a y o u td e s i g n 3 7 ：；5 2p o s t - - s i m u l a t i o nr e s u l t sa n d a n a l y s i s 3 8 ：；6s u m m a r y 4 0 c h a p t e r4 m e a s u r e m e n t s 4 1 4 1p c b d e s i g n 4 1 4 2m e a s u r e m e n te n v i r o n m e n t l ：z 4 ：；m e a s u r e dm e t h o d sa n dr e s u l t s 4 4 4 4a n a l y s i so ft h er e s u l t s 4 9 4 5s u m m a r y 5 0 c h a p t e r5c o n c l u s i o n 5 1 r e f e r e n c e s ! ；：； a c k n o w l e d g e m e n t s 5 7 山东人学顾i ：学位论文 摘要 无线局域网( w l a n ，w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k s ) 技术具有传输速 度快、有效距离长、可靠性高的特点，与第三代移动通讯( 3 g , t h i r d g e n e r a t i o n ) 技术形成互补关系，成为世界各国建设下一代低成本宽带无 线网络和信息产业发展的战略重点，而作为无线局域网收发系统中关键部 分的射频( r f ，r a d i of r e q u e n c y ) 功率放大器( p a ，p o w e ra m p l i f i e r ) 也迎 来了新的发展机遇。新一代的无线通信技术在线性度、效率等方面都给射 频功率放大器提出了更高的要求，使射频功率放大器成为无线通信集成电 路( i c ，i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 设计中的关键点和难点。 本文基于0 1 3 9 ms i g e 异质结双极晶体管( h b t , h e t e r o j u n c t i o nb i p o l a r t r a n s i s t o r ) 工艺设计了一款工作在2 4 g h z 的射频功率放大器。s i g eh b t 器件具有成本低廉，散热性好和能够与c m o s 工艺兼容等优点，能够用于 中小功率领域( 如w l a n ，w i f i ) 功率放大器设计。 本文功率放大器采用了三级结构来提高功率增益，用基极稳定电阻来 增加稳定性，选取了合适的匹配网络，并采用了自适应线性化偏置来提高 线性化性能。另外在设计版图和测试p c b 板时充分考虑了寄生因素。所设 计的功率放大器后仿真结果达到了预定设计指标要求。 本文功率放大器通过两种测试方案进行测试，方案二中测试的功率放 大器小信号功率增益为2 4 9 8 d b m ，1d b 压缩点( 1d bc o m p r e s s i o np o i n t ) 处输出功率( p o u t ，o u t p u tp o w e r ) 为2 1 8 d b m ，功率附加效率( p a e ，p o w e r a d d e de f f i c i e n c y ) 为9 2 。 本文功率放大器设计的创新点在于： 1 基极稳定电阻采用每一只h b t 与一个电阻串联的结构，电阻值大 小适宜，减小了工艺误差对功率放大器性能的影响。 2 输入匹配网络采用l 型匹配，既简单又能够根据实际测试情况对接 山东人学硕：t 学位论文 地金丝的长短进行调整，以达到对匹配网络中电感的调整并优化匹 配网络的目的。 3 版图设计中充分考虑寄生因素的影响，将工艺库中的电容版图进行 调整，额外增加上下引线极板之间的过孔或者直接用下极板金属 ( u m e ) 进行引线，以减小寄生电阻。 4 采用两种方案进行功率放大器芯片的测试，通过对比验证了芯片通 过铜板直接接地由于减小了寄生电感，其性能要优于通过p c b 过孔 接地的芯片的性能。 关键词：2 4 g h z ，0 1 3 1 t m ，s i g e ，功率放大器 山东人学硕i ：学位论文 a b s t r a c t w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k s ( w l a n ) t e c h n o l o g yh a sb e c o m et h e s t r o n g p o i n tf o rm a n yc o u n t r i e st ob u i l dn e wg e n e r a t i o nl o wc o s tb r o a d b a n d w i r e l e s sn e t w o r k sd u et oi t se x c e l l e n t c h a r a c t e r i s t i c s ，s u c h a s h i g h t r a n s m i s s i o ns p e e d ，l o n gc o m m u n i c a t i o nd i s t a n c e ，a n dh i g hr e l i a b i l i t y a sa n i m p o r t a n tp a r to ft h ew l a ns y s t e m ，r a d i of r e q u e n c y ( r f ) p o w e ra m p l i f i e r ( p a ) h a sag r e a tf u t u r e b u tt h en e wg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g yr e q u i r e st h a tp as h o u l dh a v eb e t t e rl i n e a rp e r f o r m a n c ea n dh i g h e r e f f i c i e n c y ，m a k i n gi tak e yp o i n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi n t e g r a t e d c i r c u i t ( i c ) d e s i g n a2 4 g h zr f p ai sd e s i g n e db a s e do n0 13 p ms i g eh e t e r o j u n c t i o nb i p o l a r t r a n s i s t o rt e c h n o l o g yi nt h i sp a p e r s i g eh b th a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha s l o wc o s t ，g o o dh e a td i s s i p a t i o n ，a n d c o m p a t i b i l i t yw i t hc m o st e c h n o l o g y ， w h i c hc a nb e u s e di nw l a na n dw i f if i e l d t h r e e s t a g es t r u c t u r ei sa d o p t e di nt h i sp a p e rt oi m p r o v ep o w e rg a i n ， w h i l eb a s es t a b i l i t yr e s i s t o ri su s e dt oi m p r o v et h es t a b i l i t y t h ep ah a sa n a p p r o p r i a t es e l f - a d a p t a t i o nb i a sc i r c u i ta n dm a t c h i n gn e t w o r k s f u r t h e r m o r e ， p a r a s i t i cf a c t o r sh a v eb e e nc o n s i d e r e di nl a y o u ta n dp c bd e s i g n t h e s i m u l a t i o nr e s u l t sh a v ea l lr e a c h e dt h ee x p e c t i n gt a r g e t t h ep ai nt h i sp a p e ri sm e a s u r e di nt w ot e s tp l a n s t h ep at e s t e di np l a n n o 2s h o w sas m a l ls i g n a lg a i no f2 4 9 8 d b ，a1d bc o m p r e s s i o no u t p u tp o w e r ( p o u t ) o f21 8 d b mw i t hap o w e ra d d e de f f i c i e n c y ( p a e ) o f9 2 s e v e r a lc r e a t i v ew o r k sh a v eb e e nd o n ei nt h i sp a p e r ： 1 an e ws t r u c t u r eo f b a s es t a b i l i t yr e s i s t o ri su s e d ，w h i c he a c hh b ti si n s e r i e sw i t hab a s e s t a b i l i t yr e s i s t o r t h er e s i s t o r sh a v ea p p r o p r i a t e r e s i s t a n c et h a tr e d u c i n gt h ei n f l u e n c eo ft h ep r o c e s se r r o r 山东大学硕士学位论文 2 t h ei n p u tm a t c h i n gn e t w o r ki sl t y p e ，i ti ss i m p l ea n d c a nb ea d j u s t e d t or e g u l a t et h ei n d u c t a n c ea n dt oo p t i m i z et h ei n p u tm a t c h i n gn e t w o r k 3 p a r a s i t i cf a c t o r sh a v eb e e nc o n s i d e r e di nl a y o u ta n dp c bd e s i g n m o d i f i c a t i o ni sd o n et ot h ec a p a c i t o r , s u c ha si n c r e a s i n gt h ev i a s b e t w e e nt o pa n db o t t o ml a y e r ，a n dl e a d i n gi nf r o mt h eb o t t o ml a y e r 4 t h ep ai nt h i sp a p e ri sm e a s u r e di nt w ot e s tp l a n s t h r o u g ht h e c o m p a r i s o n ，w ec a ns e et h a tt h ep ao fg r o u n d i n gw i t ham e t a lp l a t e w i t ham e s a ，w h i c hc a nr e d u c et h ep a r a s i t i ci n d u c t a n c e ，s h o w sab e t t e r p e r f o r m a n c et h a nt h ep ao fg r o u n d i n gt h r o u g hp c b v i a s k e yw o r d s ：2 4 g h z ，0 13 1 且m ，s i g e ，p a 山东大学硕f ：学位论文 符号说明 兆赫兹 千兆赫兹 千赫兹 微米 厘米 毫安 效率 导通角 输出功率 ld b 压缩点功率 功率附加效率 三阶交调失真 三阶交调点 错误向量幅度 输入反射系数 输出反射系数 稳定因子 品质因子 3 d b 带宽 兆欧姆 眦 眦 岬 锄 姒 q a 眦 帅 鹏 嗍 k k q 州 山东大学硕十学位论文 山东人学硕l ：学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 科学技术飞速发展，使人们的生活方式发生了巨大的变化。现如今， 无线通信网络，尤其是随着第三代移动通讯系统和无线局域网的广泛应 用，极大影响着人们的个人通信方式。无线局域网技术具有传输速度快、 有效距离长、可靠性高的特点，与第三代移动通讯技术形成互补关系，成 为世界各国建设下一代低成本宽带无线网络和信息产业发展的战略重点。 除此之外，人们还通过诸如电子邮件( e m a i l ) 、无线辨认和跟踪系统( r f i d ， r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 以及便携式多媒体终端等通信方式交流着 大量信息。可以说，各种无线通信技术的广泛推广和应用已经使人类摆脱 了通信场所的限制，基本实现了随时随地通信的梦想【lj 。 射频和微波( m w ，m i c r o w a v e ) 通信，即无线通信，是利用无线电磁波 作为信息载体的通信方式，所利用的频段在5 0 m h z 到3 0 g h z 这个宽广的 范围内。典型的无线通信系统可以用图1 1 所示的功能图来表示【l 】。 图1 1 通信系统示意图 无线收发机，即接收机与发射机，是用于接受与发射信号的单元。与 以往的无线通信技术相比，新一代无线通讯技术诈在向高频谱利用率，低 误码率，低功耗和低成本方向发展。尽管在新一代无线通讯技术中存在多 山东大学硕l ：学位论文 种调制方案，但是无线收发机的结构却几乎保持不变。如图1 2 所示。 功率 放大器荔混频器熬 图1 2 无线收发机结构图 其中，射频功率放大器是发射机的重要组成部分，它负责将信号功率 进行放大，然后传输给负载或者天线。功率放大器的工作电流通常很大， 导致电路功耗很大，这也导致无线收发机机的整体功耗通常由功率放大器 模块决定。所以为了降低功耗，延长电池寿命，要求功率放大器要有较高 的效率。同时，随着人们日益增长的需求，已经不仅仅限于语音的通话， 而且需要视频，图文等多媒体信息进行传输，因此，人们对射频功率放大 器的期望也越来越高。人们总是希望输出功率越大越好，工作频带越宽越 好。然而整体带宽有限，通信频带越来越拥挤，为了增加频谱利用率，一 些新的技术被采用，例如作为4 g 标准的核心技术o f d m ( o r t h o g o n a l f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术，这些技术要求的信号的峰均比很 大，这对射频功率放大器的线性度提出了越来越高的要求【2 1 。 在无线通信领域，a i g a a s g a a sh b t 功率放大器由于其出色的线性度 山东人学硕+ i ：学位论文 和功率附加效率已经占领了无线通信终端设备的市场。然而，g a a s 集成 电路制造成本较高，显出了它的不足。s i g eh b t 器件的高频以及噪声性 能大大优于s i 双极晶体管，而且它还可以与传统的s i 工艺兼容，大大降 低了制造成本，并且由于s i 衬底具有良好的热传导性( 1 5 0 w m ) ，s i g e h b t 具有良好的散热性。随着s i g e 技术的不断进步，s i g eh b t 的性能也 在不断飞跃，虽然与g a a s 等i v 族化合物h b t 相比，在线性度和功率 附加效率上还有一定的差距，但是较s i 器件已经有很大的优势，能够满足 中低功率无线通信应用领域的需求，所以s i g eh b t 射频功率放大器在未 来的无线通信领域具有非常广阔的应用前景。 1 2s i g eh b t 工艺概述 s i g eh b t 就是在基区掺杂g e ，产生异质结，改变了器件的禁带宽度， 得到了优异的性能。与传统的s i 品体管相比，s i g eh b t 具有更好的频率 特性和噪声特性，展现了良好的微波高频段工作潜力。而与g a a s 、i n p 器 件相比，s i g eh b t 又具有成本低，导热性能好等优点，特别是可与c m o s 技术相兼容，有效的增加了芯片集成度并降低了生产成本3 1 。因此，自该 技术产生以来，一直备受关注，各国都在对其进行研究，推动了其迅速发 展。 从1 9 4 7 年半导体三极管的诞生到现在，半导体工艺经历了半个多世纪 的发展，s i g eh b t 工艺也从未知走向成熟，表1 1 列出了s i g eh b t 的发 展历史【4 1 。 表1 1s i g eh b t 发展史 里程碑事件年份 晶体管诞生 基本的h b t 概念产生 双极型晶体管诞生 s i 双极型晶体管诞生 漂移基区h b t 概念产生 1 9 4 7 1 9 4 8 1 9 5 l 19 5 6 1 9 5 4 3 山东大学硕一 ：学位论文 基础h b t 理论产生 第一次用外延方法制备s i 晶体管 s i g eh b t 诞生 用c v d 方法生长出理想的s i g eh b t 用u h v c v d 方法生长s i g eh b t 首次制备出高性能s i g eh b t 首次自对准方式制备s i g eh b t 首次用s i g eh b t 制成环形振荡器 p n p 型s i g eh b t 诞生 低温制备s i g eh b t s i g eh b tb i c m o s 工艺诞生 l s is i g eh b t 集成电路出现 s i g eh b t 截止频率超过1 0 0 g h z 首次2 0 0 m m 工艺制备s i g eh b t s i g eh b ti 艺最优化至7 7 k 首次调研s i g eh b t 辐射耐受能力 首次报道s i g eh b t 的低噪声性能 s i g e ：ch b t 诞生 制备出高功率s i g eh b t 器件 低于1 0 p s e c 的s i g eh b te c l 电路产生 高性能s i g e ：ch b t 工艺产生 s i g eh b t 截止频率超过2 0 0 g h z s i g eh b t 截止频率超过3 0 0 g h z 互补的( n p n + p n p ) s i g eh b t 工艺产生 带有n p n 和p n p 双型的c s i g e 工艺截止频率达到1 0 0 g h z 垂直s i g eh b t 在薄膜绝缘s i 上生长 s i g eh b t 截止频率和最大谐振频率够超过3 0 0 g h z 1 9 5 7 1 9 6 0 1 9 8 7 1 9 8 9 1 9 8 9 1 9 9 0 1 9 9 0 1 9 9 0 1 9 9 0 1 9 9 0 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 3 l9 9 4 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 9 2 0 0 l 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 3 2 0 0 3 2 0 0 4 4 山东大学硕：f ：学位论文 在世界范围内有多家公司已经开发出s i g eh b t 工艺，其中，i b m 公 司无疑是行业的领先者。2 0 0 5 年，i b m 公司已经推出了最新一代的8 h p 和8 w l 工艺，工艺尺寸达到0 1 3 p m 。其中8 w l 是8 h p 的低成本版本， 性能大约降低一半。i b m 的s i g e 工艺主要面向高端解决方案掌控的商业 无线通信和g p s 市场，目前为世界上最先进的s i g eb i c m o s 工艺。2 0 0 9 年，恩智浦公司推出了基于高性能产品设计开发的s i g eb i c m o s 工艺技 术q u b i c 4 。该技术采用先进的s i g e ：c 技术，特别适合应用于卫星通信及 汽车雷达系统。国内也有一些厂商进行了s i g e 技术的开发，例如上海华 虹n e c 公司在2 0 0 3 年引进了美国j a z z 公司0 2 5 微米到0 1 8 微米的s i g e 工艺，并自主开发了s i g eh b t 工艺，目前处于验证阶段，并未大规模对 外代工。 1 3s i g e 功率放大器研究现状 目前，国外已经有许多研究机构和半导体公司在从事s i g e 功率放大器 的研发，并且有一些公司已经实现产品大规模生产。目前，市场上的射频 功率放大器主要依赖进口，国内在此方向的研究还相对落后。 研究机构方面：康奈尔大学电子与计算机工程学院的i a nr i p p k e 等人 设计了基于i b m 的4 7 g h z 截止频率( f r ) 的s i g eb i c m o s 工艺，设计出 应用于宽带码分多址技术( w c d m a ，w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 的两级a b 类功率放大器，不过存在功率放大器管子的性能和安 全工作的折衷问题【5 】。德国柏林工业大学微波工程实验室的a m i nh a m i d i a n 等人基于f m a 。2 0 0 g h z 的0 2 5 1 x ms i g e ：cb i c m o s 工艺，采用单级c a s c o d e 结构，实现了较好的宽带和线性性能，在6 0 g h z 频段线性输出功率达到 1 3 5 d b m l 6 】。美国加州大学圣地亚哥分校的d e n gj u n x i o n g 等人采用单级结 构，同时输出级随输出功率的不同采用了自适应偏置技术，实现了在 w c d m a 应用下较高的效率，线性输出功率达到2 5 9 d b m l 。德克萨斯工 业大学电子与计算机工程学院的d o n a l dy c l i e 等人研制了两级级联结构 的e 类功率放大器，实现了可与i v 族化合物功率放大器相媲美的高功率 附加效率【8 1 。 5 山东人学硕i ：学位论文 半导体公司方面：i b m 公司的a l b e r t ov a l d e s g a r c i a 等人设计了单端单 级的e 类功率放大器，并采用传输线电感，实现了较高的功率附加效率【叭。 波通公司的h s i n h s i n gl i a o 等人研发出工作在2 4 g h z 和5 g h z 可调的功 率放大器，在2 4 g h z 条件下增益为2 7 d b ，线性输出功率为1 8 d b m ，功率 附加效率为1 9 ，在5 g h z 条件下增益为3 0 d b ，线性输出功率为1 8 d b m ， 功率附加效率为1 4 【1 0 】。英飞凌公司的w i n f r i e db a k a l s k i 等人研发出连续 工作在4 8 6 g h z 的功率放大器，直流电压可调，在l v 2 4 v 条件下，输 出功率范围为1 9 d b m 2 6 3 d b m ，最大增益为3 3 d b l 】。飞利浦公司的 s a n d u l e a n um a 等人研发的功率放大器具有6 3 的高功率附加效率，增益 和线性输出功率分别为2 4 d b 和2 7 d b m ，工作在2 4 g h z 条件下【1 2 】。s i g e 半导体公司的h u a n gc h u n w e np a u l 等人研发出工作频率在2 4 g h z ，功率 增益为2 8 d b ，线性输出功率为1 9 5 d b m ，静态工作电流为1 8 5 m a 的功率 放大器【1 3 】，而且s i g e 半导体公司已经发布了多款用于w i f i 领域的s i g e 功率放大器，如表1 2 所示。 表1 2s i g e 半导体公司s i g c 功率放大器产品目录 国内在s i g e 射频功率放大器的研究工作上，相比于国外起步较晚，目 前国内还没有公司或研究机构达到投入产业化生产的层面，大部分仍处于 6 山东人学硕 ：学位论文 研发测试阶段。国内的高校和研究所中，清华大学、东南大学和中国科学 院微电子研究所都有进行s i g e 功率放大器的研发。2 0 0 2 年，清华大学微 电子学研究所的贾宏勇等人设计了用于无线通信的s i g e 异质结双极型晶 体管a b 类功率放大器，在电源电压为4 v 时，1d b 压缩点输出功率为 2 4 d b m ，输出功率三阶交调点为3 9 d b m ，最大的功率附加效率和在1d b 压缩点的功率附加效率分别达到3 4 和2 5 ，处理c d m a 信号时的邻道 功率抑制比超过4 2 d b c ，符合i s 9 5 标准【i4 1 。2 0 0 7 年，东南大学的周建冲 等人采用a m s0 3 5 9 ms i g eb i c m o s 工艺，设计了用于卫星通信的 3 3 3 3 5 3g h z 功率放大器，该功率放大器采用单端结构，工作于a 类， 仿真结果表明，在3 3 v 电源电压下，功率放大器的功率增益为2 2 3 d b ， l d b 压缩点输出功率为3 1 9 d b m ，相应的功率附加效率为2 5 2 t 1 5 】。东南大 学的熊秀春等人采用同样采用a m so 3 5 9 ms i g eb i c m o s 工艺，设计了应 用于w i t o n e 数字集群移动通信系统的移动用户平台的功率放大器，该功率 放大器采用单端两级放大结构，工作于a b 类，功率增益为2 2 9d b ，1d b 压缩点输出功率为1 1 8 d b m ，饱和输出功率为2 5 5 d b m ，最大功率附加效 率1 8 6 t m 】。2 0 0 8 年，东南大学的宋家友等人采用i b m 公司的0 3 5 1 x ms i g e b i c m o s 工艺5 p a e 设计并实现了一个2 g h z 功率放大器，该放大器在 v c = 3 5 v ，v b = 6 v 的条件下，小信号增益为2 0 8 d b ，输入反射系数小于 17 d b ，输出反射系数小于16 d b ，2d b 压缩点输出功率( p o u t - 2 d b ) 约为 2 4 d b m ，在输出功率为2 5 1 d b m 时，功率附加效率达到2 1 5 ，具有较好 的线性度1 7 】。东南大学的彭艳军等人研发出了工作在5 g h z ，功率增益为 2 4 7 d b ，线性输出功率为2 6 4 d b m ，功率附加效率为2 9 2 的功率放大器 【i s 】。中国科学院微电子研究所射频集成电路研究室正在使用国内代工厂自 主开发的s i g e 工艺，进行射频功率放大器的设计与研发，取得了阶段性 的成果。目前s i g e 功率放大器的研究主要集中在提高输出功率及效率， 提高线性度等方面，随着工艺尺寸的减小，将对上述问题提出更严峻的挑 战。 7 山东人学硕上学位论文 1 4 本文研究工作及组织结构 课题为本人在中国科学院微电子研究所射频集成电路研究室联合培养 期间所做，获得了国家科技重大专项的支持，目的是基于国内的0 1 3 i t m s i g eh b t 工艺，进行应用于w l a n 和w i f i 领域射频功率放大器的研制。 本文采用c a d e n c e 公司的i c 5 1 4 1s p e c t r er f 仿真平台仿真，采用m e n t o r 公司的c a l i b r e 工具进行版图参数提取及验证，p c b 板级电路设计则采用 的是a l t i u m 公司的p r o t e ld x p 工具实现。主要的研究内容有： ( 1 )对射频功率放大器和s i g e 器件及市场进行了深入的调研和分 析。 ( 2 ) 熟悉0 1 3 1 x ms i g eh b t 工艺设计工具包( p d k ，p r o c e s sd e s i g n k i t s ) ，并将使用过程中遇到的