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人们对个人无线通信日益增长的需求,使射频集成电路(Radio FrequencyIntegration Circuit,RFIC)得以迅速的发展。在RFIC所采用的工艺技术中,RFCMOS技术具有成本和集成度等方面的巨大优势,是未来无线通信技术发展的主流趋势。而在RF CMOS设计中,功率放大器(Power Amplifier,PA)模块严重受到CMOS技术截止频率、击穿电压等方面的限制,成为RF电路SOC化的设计瓶颈。 本文首先介绍了各类无线通信协议标准,以及PA的设计指标和PA设计中一些有别与普通射频电路的考虑因素,尤其详细分析了PA阻抗匹配的特点和器件Knee电压对PA的影响。然后分类介绍各种理想功率放大器电路的原理与性能特点,并针对4G无线通信发展的需求,讨论各类PA的优缺点。E类功率放大器因其高效率和结构简洁,成为无线便携设备中功率放大器的首选类型。本文简单描述了理想E类PA的高效率工作条件和工作原理,然后引入实际PA设计中需要主要考虑的几点非理想因素。最后提出了基于实际有限电感值的E类PA电路分析模型,运用matlab运算工具,完成E类PA的计算与分析。通过模型与工具运算,可以得到引入了主要非理想因素的E类PA电路中各点电压电流波形以及PA输出功率和效率等电路性能随电路参数变化的曲线。通过功耗分析与效率折衷,可以得到优化后的PA电路模型和电路设计参数。最终,为实际的基本E类功率放大器设计提供一种经过优化的简单快捷的设计方法和工具。 本文还介绍了一些主流的E类PA效率提升技术和线性化发射机技术,并在此基础之上提出了新的E类PA效率提升技术,这些优化都是在经过上述E类PA设计方法完成基础电路后再进入新的附加结构来实现的。针对4G无线通信协议对手持端便携无线设备中功率放大器大输出功率高效率的要求,采用上述的设计工具,完成基础电路电路的设计。考虑到65nm工艺对击穿电压、截止频率等方面的限制,针对E类PA的核心主输出功率管进行了两方面新的优化工作。一是辅以采用共源共栅结构的泄流辅助支路;二是引入电感产生差分交叉控制信号的相位延迟,优化电路效率。最终在SMIC65nmLL工艺下,完成了一个工作在2GHz频率下,输出功率达到30dBm的E类功率放大器,芯片面积为600um*750um。在1.75～2.1GHz范围内,功率附加效率超过50％,输出功率高于29dBm,最高可以达到31dBm的输出功率。