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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉子豪
研究生(外文):Tzu-Hao Yeh
論文名稱:使用於WiMAX發射機3.5GHz功率放大器與高線性混頻器之研製
論文名稱(外文):The Study and Implementation of 3.5GHz Power Amplifier and High Linearity Mixer for WiMAX Transmitter
指導教授:楊正任
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:通訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:發射機混頻器功率放大器
外文關鍵詞:WiMAXmixerpower amplifiertransmitter
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本論文以單晶微波積體電路(MMIC)製程設計符合802.16-2004標準、3.5GHz頻帶之高頻積體化功率放大器與混頻器。本論文中所採用的各項電路模型係透過國家晶片中心(CIC)所提供之WIN 0.15um pHEMT,TSMC 0.18um CMOS製程所設計。
可變增益功率放大器經模擬後,其增益為23.003 dB,輸出1 dB壓縮點為30 dBm,功率轉換效率為31.4%,輸出三階截斷點為39.8dBm,可變增益範圍大於30dB,整體晶片面積為1×2 mm2 。
高線性度可變增益混頻器經量測後,在高增益模態下,其轉換增益為8.4dB,輸出1 dB壓縮點為-7dBm,輸出三階截斷點為2dBm,各埠訊號隔離度大於30 dB;在低增益模態下,其轉換增益為1.4dB,輸出1 dB壓縮點為-6.6dBm,輸出三階截斷點為5dBm,各埠訊號隔離度大於25 dB。晶片面積為0.96×0.79 mm2。
In this paper, we designed a power amplifier and high linearity mixer by monolithic microwave integrated circuit (MMIC) technology. The specifications of designed power amplifier are fulfilled the requirements of IEEE 802.16-2004 WiMAX standard. The power amplifier is implemented with WIN 0.15μm pHEMT and the high linearity mixer is implemented with TSMC 0.18μm CMOS processes.
The simulation result of the power amplifier, gain is 23.003 dB, output at the 1-dB gain compression point is 30 dBm, power added efficiency is 31.4%,output third order intercept point is 39.8 dBm, tuning range is greater than 30dB. The chip size of the circuit is 1×2 mm2.
The measurement result of the mixer, drive on the high gain mode, conversion gain is 8.4 dB, output at the 1-dB gain compression point is -7 dBm, output third order intercept point is 2 dBm, port to port signal isolations are greater than 30dB. Drive on the low gain mode, conversion gain is 1.4 dB, output at the 1-dB gain compression point is -6.6 dBm, output third order intercept point is 5 dBm, port to port signal isolations are greater than 25dB.The chip size of the circuit is 0.96×0.79 mm2.
書名頁…………………………………………………………………….……….. ii
論文口試委員審定書………………………………………………….………….. iii
授權書……………………………………………………………………………... iv
中文提要……………………………………………………………………….….. vii
英文提要…………………………………………………………………….…….. viii
致謝…………………………………………………………………………….….. ix
目錄…………………………………………………………………………….….. x
表目錄……………………………………………………………………………... xii
圖目錄……………………………………………………………………………... xiii

第一章 緒論…………………………………………………………...… 1
   1.1 研究動機與相關背景………………………………………...… 1
   1.2 研究成果………………………………………………………... 2
   1.3 各章提要………………………………………………………... 3

第二章 WiMAX系統簡介……………………………………………... 5
   2.1 WiMAX系統簡介.……………………………………………... 5

第三章 功率放大器之設計概論………………………………………... 8
   3.1 簡介……………………………………………………………... 8
   3.2 放大器的種類…………………………………………………... 8
3.2.1 Class A功率放大器…………………………………… 9
3.2.2 Class B功率放大器…………………………………… 10
3.2.3 Class AB功率放大器…………………………………. 10
3.2.4 Class C功率放大器…………………………………… 11
3.2.5 Class D、E功率放大器………………………………... 12
3.2.6 Class F 功率放大器…………………………………... 12
3.2.7 各類型功率放大器比較………………………………. 13
   3.3 功率放大器的規格……………………………………………... 14
   3.4 功率放大器之設計原理………………………………………... 20
3.4.1 輸入匹配網路…………………………………………. 20
3.4.2 輸出匹配網路…………………………………………. 23
3.4.3 穩定性分析……………………………………………. 24

第四章 WiMAX 3.5GHz可變增益功率放大器………………………... 28
   4.1 WIN製程元件簡介……………………………………………... 28
4.1.1 pHEMT電晶體………………………………………... 28
4.1.2 TFR 電阻…………………………………………… 29
4.1.3 電容……………………………………………………. 29
4.1.4 螺旋式電感……………………………………………. 30
   4.2 設計與製作……………………………………………............... 31
4.2.1 增益估算………………………………………………. 32
4.2.2 功率級放大器設計……………………………………. 33
4.2.3 可變增益級放大器設計………………………………. 40
4.2.4 兩極放大器串接設計………………………………… 44
   4.3 設計流程………………………................................................... 48
   4.4 模擬結果………………………………………………............... 49
   4.5 佈局……………………………………………………………... 55
   4.6 結論……………………………………………………………... 56

第五章 混頻器之設計概論……………………………………………... 58
   5.1 簡介……………………………………………........................... 58
   5.2 混頻器的種類…………………………………………………... 58
5.2.1 單平衡式混頻器………………………………………. 59
5.2.2 雙平衡式混頻器………………………………………. 60
   5.3 混頻器的規格……………………………………………...….... 64
   5.4 混頻器之設計原理……………………………………………... 69

第六章 WiMAX 高線性度可變增益混頻器……………………………... 74
   6.1 CMOS製程元件簡介…………………………………………... 74
6.1.1 CMOS 電晶體………..………………………………. 74
6.1.2 電容……………………………………………………. 75
6.1.3 電感……………………………………………………. 76
6.1.4 電阻……………………………………………………. 77
   6.2 設計與製作……………………………………………………... 77
   6.3 設計流程………………………………………………………... 83
   6.4 模擬與量測結果………………………………………………... 84
   6.5 佈局……………………………………………………………... 93
   6.6 結論……………………………………………………………... 95

第七章 結論……………………………................................................... 97

參考書目…………………………………………………………………………... 98
[1] Steve C. Cripps, RF Power Amplifiers for Wireless Communicatoins, Artech House, 1999.
[2] Guillermo Gonzalez, Microwave Transistor Amplifiers , 1997.
[3] B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuit, McGraw Hill, 1996.
[4] Salem, R.F. Galal, S.H. Tawfik, M.S. Ragaie, H.F. , “A New Highly Linear CMOS Mixer Suitable for Deep Submicron Technologies,” IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, vol. 1, pp. 81-84, Dec. 2002.
[5] Lee, S.-G. Choi, J.-K. , “Current-reuse bleeding mixer,” Electronics Letters, vol. 36, pp. 696-697, 2000.
[6] Yut-Hoong Chow and Thomas Chong, “A High Performance 2.4GHz Linear Power Amplifier inEnhancement-mode GaAs pHEMT Technology, ” 34''h European Microwave Conference - Amsterdam, vol. 13, pp. 5-8, 2004.
[7] Chen-Kuo Chu, Hou-Kuei Huang, Chih-Cheng Wang, Yeong-Her Wang,Chuan Chien Hsu, Wang Wu, Chang-Luen. Wu and Chian-Sem Chang, “3.3 V single voltage self-biased 2.4GHz-2.5GHz high linearity PHEMT power amplifier”, Solid-State Circuits Conference, 2003. ESSCIRC ''03. Proceedings of the 29th European, pp 667-670, 2003.

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[9] 邱永明,〈應用於2.4及5.7GHz 802.11 WLAN之COMS單晶射頻積體電路〉,中華大學電機工程學系碩士班碩士論文,民國九十二年六月。
[10] 張佑誠,〈可控制增益寬頻功率放大器之設計與製作〉,私立逢甲大學電子工程研究所碩士論文,民國九十二年六月。
[11] 洪威,〈以MMIC製程研製具偏壓控制及功率偵測之2.4GHz HBT
功率放大器〉,元智大學電機工程研究所碩士論文,民國九十一年七月。
[12] 吳易達,〈具功率檢測及偏壓控制雙頻(2.4/5.2GHz)功率放大器之研製〉,元智大學通訊工程研究所碩士論文,民國九十三年七月。
[13] 何俊慶,〈以0.18um CMOS 積體電路技術研製5.2GHz 鏡像抑制混頻器〉,元智大學電機工程研究所碩士論文,民國九十一年七月。
[14] 梁清標,〈應用於無線通訊射頻接收機之電路研製〉,元智大學通訊工程研究所碩士論文,民國九十四年六月。
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