在本篇論文中，將先使用新思(Synopsys)科技公司之EDA(Electronic Design Automation) TOOL：HSPICE電路模擬軟體模擬符合DCS1800系統頻率的E類(Class E)功率放大器之波形，然後使用安捷倫(Agilent)公司之模擬軟體Advanced Design System(ADS)，來模擬功率放大器之高頻參數，然後使用HSPICE電路模擬軟體模擬靜電放電(ESD)保護電路，然後將ESD保護電路加至功率放大器，觀察此ESD保護電路對功率放大器的影響，然後調整ESD保護電路之設計，使之對高頻之影響降到最小，並可以達到人體放電模型(HBM)兩千伏特之要求，並對ESD之各種模型做一介紹。

In this thesis, a electrostatic discharge(ESD) protection circuit has been designed for radio frequency(RF) power amplifier of DCS 1800 system.
The TSMC 0.18um RF model, and Synopsys technology company's EDA tool have been used to simulation the class E Power Amplifier's RF parameter, and then, utilize HSPICE to simulate the ESD protection circuit. Finally, the ESD protection circuit has been added to class E power amplifier and to obtain the effect of ESD circuit on RF parameter, then adjust ESD protection circuit parameter to have less effect on RF parameters and can pass two thousand voltage of human body model(HBM) ESD stress.

封面內頁
簽名頁
授權書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iii
中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iv
英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．v
誌謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vi
目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vii
圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ix
表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．xiii

第一章　緒論
1.1 研究動機．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.2 研究方法與流程．．．．．．．．．．．．．．．3
1.3 章節簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
第二章　E類功率放大器原理
2.1 功率放大器簡介．．．．．．．．．．．．．．．5
2.2 發射機．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.3 功率放大器之種類．．．．．．．．．．．．．．8
2.4 E類功率放大器原理．．．．．．．．．．．．．．9
第三章　E類功率放大器模擬
3.1 基本規格．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.2 模擬結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
第四章　ESD理論
4.1 靜電放電介紹．．．．．．．．．．．．．．．．36
4.1.1人體靜電放電模型．．．．．．．．．．．39
4.1.2機械靜電放電模型．．．．．．．．．．．40
4.1.3元件充電模型．．．．．．．．．．．．．41
4.1.4電場感應模型．．．．．．．．．．．．．42
4.2 半導體靜電放電測試方法．．．．．．．．．．．42
4.2.1 I/O PIN腳的靜電放電測試．．．．．．．．42
4.2.2 PIN腳對PIN腳的靜電放電測試．．．．．47
4.2.3 VDD端到VSS端的靜電放電測試．．．．．49
4.2.4 Analog PIN的靜電放電測試．．．．．．．50
4.2.5 靜電放電故障臨界點．．．．．．．．．．52
4.2.6 靜電放電測試的判定標準．．．．．．．．53
4.2.7 靜電放電測試結果判讀．．．．．．．．．54
第五章　ESD保護電路模擬
5.1 靜電放電保護電路簡介．．．．．．．．．．．．57
5.2 輸入/輸出埠之靜電放電模擬．．．．．．．．．．57
5.3 電源埠之靜電放電模擬．．．．．．．．．．．．72
5.4 PA加入靜電放電保護電路後之模擬．．．．．．．75
第六章　結論及未來工作
6.1 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．90
6.2 未來工作．．．．．．．．．．．．．．．．．．90
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92


圖目錄

圖2.1. 發射機方塊圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
圖2.2. 天線場形圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
圖2.3. E類功率放大器電路圖．．．．．．．．．．．．．．．10
圖3.1. 溫度25度時輸入及輸出電壓．．．．．．．．．．．．14
圖3.2. 溫度25度時NMOS之電壓及電流．．．．．．．．．．15
圖3.3. 溫度25度時輸出功率．．．．．．．．．．．．．．．16
圖3.4. 溫度25度時諧波頻譜分析．．．．．．．．．．．．．17
圖3.5. 未加ESD保護電路之S22史密斯圖．．．．．．．．．18
圖3.6. 未加ESD保護電路之S22．．．．．．．．．．．．．18
圖3.7. 溫度零度C時之輸入輸出電壓．．．．．．．．．．．19
圖3.8. 溫度零度C時之Vd及Id圖．．．．．．．．．．．．20
圖3.9. 溫度零度C時之功率．．．．．．．．．．．．．．．21
圖3.10. 溫度零度C時之頻譜圖．．．．．．．．．．．．．．22
圖3.11. 溫度70度C時之輸入輸出電壓．．．．．．．．．．23
圖3.12. 溫度70度C時之Vd及Id．．．．．．．．．．．．．24
圖3.13. 溫度70度C時之功率圖．．．．．．．．．．．．．25
圖3.14. 溫度70度C時之頻譜圖．．．．．．．．．．．．．26
圖3.15. 溫度-55度C時之輸入輸出電壓．．．．．．．．．．27
圖3.16. 溫度-55度C時之Vd及Id．．．．．．．．．．．．28
圖3.17. 溫度-55度C時之功率圖．．．．．．．．．．．．．29
圖3.18. 溫度-55度C時之頻譜圖．．．．．．．．．．．．．30
圖3.19. 溫度125度C時之輸入輸出電壓．．．．．．．．．．31
圖3.20. 溫度125度C時之Vd及Id．．．．．．．．．．．．32
圖3.21. 溫度125度C時之功率圖．．．．．．．．．．．．．33
圖3.22. 溫度125度C時之頻譜圖．．．．．．．．．．．．．34
圖4.1. 各種ESD之波形．．．．．．．．．．．．．．．．．37
圖4.2. 人體放電模型等效電路圖．．．．．．．．．．．．．40
圖4.3. 機械放電模型等效電路圖．．．．．．．．．．．．．41
圖4.4. PS-mode．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
圖4.5. NS-mode．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44
圖4.6. PD-mode．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
圖4.7. ND-mode．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
圖4.8. PIN TO PIN Positive-mode．．．．．．．．．．．．．．47
圖4.9. PIN TO PIN Negative-mode．．．．．．．．．．．．．48
圖4.10. VDD端到VSS端之Positive-mode．．．．．．．．．49
圖4.11. VDD端到VSS端之Negative-mode．．．．．．．．．50
圖4.12. Analog Pin之Positive-mode．．．．．．．．．．．．51
圖4.13. Analog Pin之Negative-mode．．．．．．．．．．．．52
圖4.14. TLP之測試波形圖．．．．．．．．．．．．．．．．56
圖5.1. 使用二極體之輸入/輸出埠靜電放電保護電路．．．．．57
圖5.2. 二極體保護電路之PD-mode．．．．．．．．．．．．58
圖5.3. 二極體保護電路之NS-mode．．．．．．．．．．．．59
圖5.4. 使用單一MOS之PS及NS-mode測試．．．．．．．．60
圖5.5. 溫度為25度C時使用MOS加上二極體之NS-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61
圖5.6. 溫度為25度時使用MOS加上二極體之PD-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62
圖5.7. 溫度為0度時使用MOS加上二極體之NS-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63
圖5.8. 溫度為0度時使用MOS加上二極體之PD-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64
圖5.9. 溫度為70度時使用MOS加上二極體之NS-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65
圖5.10. 溫度為70度時使用MOS加上二極體之PD-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．66
圖5.11. 溫度為-55度時使用MOS加上二極體之NS-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．67
圖5.12. 溫度為-55度時使用MOS加上二極體之PD-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．68
圖5.13. 溫度為125度時使用MOS加上二極體之NS-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．69
圖5.14. 溫度為125度時使用MOS加上二極體之PD-mode測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70
圖5.15. 一階之電源端保護電路．．．．．．．．．．．．．．72
圖5.16. 使用二極體之完整保護電路．．．．．．．．．．．．73
圖5.17. 使用MOS電晶體之完整保護電路．．．．．．．．．73
圖5.18. MOS之ESD保護電路結果．．．．．．．．．．．．74
圖5.19. 使用二極體保護電路之後的S22 smith chart．．．．．75
圖5.20. 使用二極體保護電路之後的S22．．．．．．．．．．76
圖5.21. 使用MOS電晶體保護電路後之S22 smith chart．．．．76
圖5.22. 使用MOS電晶體保護電路後之S22．．．．．．．．．77
圖5.23. 溫度為25度C時輸出功率．．．．．．．．．．．．78
圖5.24. 溫度為25度C時之頻譜．．．．．．．．．．．．．79
圖5.25. 溫度為-55度C時輸出功率．．．．．．．．．．．．80
圖5.26. 溫度為-55度C時之頻譜．．．．．．．．．．．．．81
圖5.27. 溫度為0度C時輸出功率．．．．．．．．．．．．．82
圖5.28. 溫度為0度C時之頻譜．．．．．．．．．．．．．．83
圖5.29. 溫度為70度C時輸出功率．．．．．．．．．．．．84
圖5.30. 溫度為70度C時之頻譜．．．．．．．．．．．．．85
圖5.31. 溫度為125度C時輸出功率．．．．．．．．．．．．86
圖5.32. 溫度為125度C時之頻譜．．．．．．．．．．．．．87


表目錄

表2.1. 功率放大器種類之比較．．．．．．．．．．．．．．．9
表3.1. 各種環境溫度下功率放大器特性之比較．．．．．．．35
表4.1. ESD模型比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
表4.2. 積體電路產品的標準ESD規格．．．．．．．．．．．39
表5.1. 各種溫度下I/O之ESD保護電路特性之比較．．．．．71
表5.2. 各種溫度下PA加上ESD保護電路後特性之比較．．．． 88

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