資料介紹
近年來,隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,對全集成、高性能、低成本的無線收發(fā)機(jī)的需求變得越來越迫切。而發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵模塊就是功率放大器,從功耗方面考慮,功率放大器的功率損耗在發(fā)射機(jī)的總功耗中占有很大比例。于是一個(gè)高效率的CMOS 功率放大器的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。而隨著RF CMOS技術(shù)的不斷發(fā)展 ,使得基于Si CMOS工藝的射頻集成電路在 GHz頻段上的性能上有了很大的提高,而且它具有高集成度、低功耗、低成本的特點(diǎn),能夠和基帶數(shù)字電路相兼容。最終可以實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)集成(SOC)。所以近年來對于Si的CMOS射頻集成電路的研究成為國際上研究的熱點(diǎn)。功率放大器通常分為線性和非線性兩大類,線性放大器有四種: A、B 、AB和 C,它們的主要差別在于柵極偏置情況不同,這類傳統(tǒng)的功率放大器具有較高的線性度,但效率較低;非線性放大器主要有D、E和F。對于本文的無線局域網(wǎng)而言,由于要求具備高線性。所以兩級分別采用的是A和AB類放大模式。
對于功放而言,標(biāo)準(zhǔn)的0.18um CMOS工藝的晶體管漏柵間的最大電源電壓為2V,擊穿電壓大約是4V。在功放中,管子漏端的直流與交流電壓之和可達(dá)到2-3倍的電源電壓,這就給管子的柵氧化層帶來擊穿的危險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)PA時(shí),晶體管所能承受的最高電壓Vmax受到晶體管擊穿電壓的限制,而最小電壓則受到Knee電壓的限制。而功率放大器采用Cascode結(jié)構(gòu)可以緩解晶體管擊穿的壓力,提高功率放大器輸出電壓的擺幅,從而降低對晶體管最大電流能力的要求,提高功率放大器的效率,并減小輸出晶體管的尺寸。實(shí)際在共源共柵結(jié)構(gòu)的放大器中,共柵晶體管是電壓擊穿和熱載流子效應(yīng)的瓶頸。所以本文采用了Cascode自偏置結(jié)構(gòu)和厚柵器件,不僅可以改善深亞微米CMOS器件的低擊穿電壓,同時(shí)還可以減小熱載流子效應(yīng)影響。圖3所示的傳統(tǒng)Cascode放大器中M2的柵漏電壓波形,Vg2一直固定在3V,Vd2的正峰值電壓在4.8V,所以柵漏電壓差為1.8V。為了克服這個(gè)問題,圖4所示為自偏置Cascode結(jié)構(gòu)放大電路,該結(jié)構(gòu)把M2管的漏端交流電壓Vd2引入到柵端 Vg2上,使我們在設(shè)計(jì)功放時(shí)兩個(gè)MOS管盡可能有相同的最大漏柵電壓。所以,在熱載流子效應(yīng)出現(xiàn)之前M2管有一個(gè)大的信號擺幅。對G2的偏置是通過Rb-Cb來實(shí)現(xiàn)的。圖6所示為M2管的Vd2對Vg2的電壓波形,其最大電壓差為1.4V。與傳統(tǒng)電路比較降低了0.4V,所以自偏置的M2管的Vdg的電壓差相對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的M2管降低了23%。
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