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随着无线通信技术的不断发展,无线应用如手机、无线局域网等已广泛应用于日常生活,因此无线领域低成本、低功耗和高性能的芯片研究和设计具有重要的意义。
本文的前半部分介绍了应用于卫星通信系统的射频集成功率放大器的设计和实现。卫星通信以其频带宽、通信容量大、覆盖范围大等优点成为现代无线通信中极其重要的一种通信方式。射频功率放大器位于发射机的末端,将调制和变频后的信号进行功率放大并通过天线传输出去,是无线通信系统中的关键模块之一,因此研制射频集成功率放大器对卫星通信具有重要的意义。本文采用JAZZ0.35μm SiGe BiCMOS进行功率放大器的设计。该功率放大器采用AB类共发射极结构。总体电路由三级放大器级联构成,其中第一、第二和第三级的放大晶体管的面积比为2:4:6。电路包括输入输出匹配网络,主体功率放大电路和各级采用有源比例镜像电流源的偏置电路。前后仿真结果表明该芯片满足性能指标要求。所得样片的测试结果表明,该功率放大器直流偏置正常,能稳定工作,但其中心频率偏低。降低电流偏置的条件下(静态总电流为174mA),输入输出匹配在工作频段3.33GHz~3.43GHz上匹配良好,功率增益约为17.4dB,输出1dB压缩点功率为18.3dBm,饱和输出功率22dBm。芯片面积为1×1.5m㎡。
本论文的后半部分研究应用于无线传感网系统收发机中的接收信号强度指示器。在无线传感网成为当前研究热点的背景下,全球都在相关标准的推动下进行系统芯片的研究与实现,因此开发具有我国自主知识产权的收发机芯片具有重要的研究意义。本文采用SMIC0.18μm CMOS工艺设计了接收信号强度指示器,核心电路足采用跨导放大器构成的限幅放大器、半波整流器和以带隙基准为核心的偏置电路。该电路工作在电流模形式下,对工艺较和温度具有良好的补偿特性。芯片测试结果表明:在电源电压为1.8V时,带隙基准没有正常工作。在外加基准电压后,RSSI的工作电流为2.3mA;2MHz输入信号频率下的功率检测范围为-58dBm~-8dBm(以50欧阻抗作参考),对应的输出指示直流电压为0.48V~1.45V,检测斜率约为19mV/dB,非线性误差小于±0.7dB,基本实现了信号强度指示功能。芯片面积为0.654×0.430m㎡。
论文按照电路设计、仿真、版图设计、流片和芯片测试的顺序详细介绍了功率放大器和RSSI的设计过程及最终的测试结果。通过对测试结果和前、后仿真的结果进行对比,对其原因进行了分析,并提出了下一轮设计的方法和应注意的问题。