臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要設計RF射頻電路中的低雜訊放大器及功率放大器並分為三個部分，第一部分是使用國家晶片中心所提供的穩懋GaN 0.25μm製程進行電路設計並以單晶微波積體電路(Monolithic Microwave integrated circuit, MMIC)方式實現S-band的低雜訊放大器，實際量測電路增益特性為10.1 dB，雜訊指數為2.8dB。
第二部分使用使用國家晶片中心所提供的穩懋GaN 0.25μm製程進行電路設計並以單晶微波積體電路(Monolithic Microwave integrated circuit, MMIC)方式呈現S-band的兩級功率放大器，實際量測電路增益特性為16.4dB，輸出飽和功率為30.2dBm，PAE為18%。
第三部分是延續第二部分S-band兩級功率放大器做改良，使用國家晶片中心所提供的穩懋GaN 0.25μm製程進行電路設計並以單晶微波積體電路(Monolithic Microwave integrated circuit, MMIC)方式呈現L-band的兩級功率放大器。實際量測電路增益特性為7.8dB，輸出飽和功率為20.1dBm，PAE為15%。

This paper is about Low Noise Amplifiers and Power Amplifiers in RF circuits and divided into three parts.
The first part is the use of Chip Implementation center (CIC) provided by the stability of WIN company GaN 0.25μm process circuit design, MMIC processes to realize a S-band low noise amplifier, the measured gain and Noise Figure are 10.2 dB and 2.8 dBm, respectively.
Second part, a S-band class-AB two-stage power amplifier has been implemented by WIN company GaN 0.25μm, the measurement gain and output power are 16.4dB and 30.2dBm, the circuit exhibits a maximum PAE of 18%.
Third part, continuation of the second part of the S-band two-stage power amplifier to improved and the use of WIN company GaN 0.25μm presented L-band two-stage power amplifier, the measurement gain and output power are 7.8dB and 20.1dBm, the circuit exhibits a maximum PAE of 15%.

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誌謝 iii
中文摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2論文架構 3
第二章S-band電容相位抵銷式低雜訊放大器設計 4
2.1簡介 4
2.2雜訊 4
2.2.1熱雜訊(Thermal Noise) 5
2.2.2閃爍雜訊(Flicker Noise) 6
2.2.3散彈雜訊(Shot Noise) 7
2.2.4雜訊指數(Noise Figure，NF) 7
2.3電容相位延遲雜訊抵銷式架構 8
2.4 S-band相位抵銷式低雜訊放大器電路設計 9
2.5電路模擬與量測結果 12
2.6比較與討論 14
第三章單晶微波積體電路之S-band兩級功率放大器設計 16
3.1簡介 16
3.2功率放大器種類 17
3.2.1 A類功率放大器 18
3.2.2 B類功率放大器 18
3.2.3 AB類功率放大器 19
3.3功率放大器重要規格及定義 20
3.3.1輸出功率 20
3.3.2效率 21
3.3.3線性度和1-dB增益壓縮點 22
3.3.4失真 24
3.4 S-band兩級線性功率放大器電路設計 27
3.4.1電路架構 27
3.4.2電路模擬與量測結果 30
3.4.3線性度量測 34
3.5比較與討論 37
第四章單晶微波積體電路之L-band兩級功率放大器設計 38
4.1 L-band兩級線性功率放大器設計 38
4.1.1電路架構 38
4.1.2電路模擬與量測結果 41
4.2比較與討論 46
第五章結論 48
參考文獻 50

 
圖目錄
圖1-1無線通訊收發模組基本架構 2
圖2-1電阻熱雜訊模型 6
圖2-2電容相位抵銷式架構 9
圖2-3 GaN on SiC 製程之電晶體模型I-V特性圖 10
圖2-4 S-band低雜訊放大器電路圖 11
圖2-5 S-band低雜訊放大器晶片佈局 11
圖2-6低雜訊放大器電路小訊號S參數模擬與量測值 12
圖2-7 雜訊指數有無RLC電路模擬比較 13
圖2-8雜訊指數模擬與量測值 13
圖3-1功率放大器操作區間 17
圖3-2 A類功率放大器波形圖 18
圖3-3 B類功率放大器波形圖 19
圖3-4各類放大模式功率放大器輸出功率及效率關係圖 20
圖3-5 1dB增益壓縮點 23
圖3-6 Two-tone輸入和輸出訊號頻譜分佈圖 25
圖3-7 IP3、OIP3和IIP3 26
圖3-8 Load Pull模擬結果 27
圖3-9 GaN on SiC製程之電晶體模型I-V特性模擬圖 28
圖3-10 S-band兩級功率放大器電路架構 29
圖3-11 S-band兩級功率放大器晶片佈局 29
圖3-12 S-band兩級功率放大器量測架構圖 30
圖3-13 S-band功率放大器電路小訊號S參數模擬值 31
圖3-14 S-band功率放大器電路大訊號模擬值(ƒin=3.0 GHz) 32
圖3-15 S-band功率放大器電路小訊號S參數量測值 33
圖3-16 S-band功率放大器電路大訊號量測值(ƒin=3GHz) 33
圖3-17 S-band功率放大器各階諧波項輸出功率量測圖(ƒin=3GHz) 34
圖3-18 S-band功率放大器線性度量測架構 35
圖3-19輸出功率對誤差向量幅度量測圖(ƒin=3GHz) 36
圖3-20相鄰信道泄漏功率比ACLR 36
圖4-1 GaN on SiC製程之電晶體模型I-V特性模擬圖 38
圖4-2 L-band兩級功率放大器電路架構 40
圖4-3 L-band兩級功率放大器晶片佈局 40
圖4-4 L-band兩級功率放大器量測架構圖 41
圖4-5 L-band小訊號S參數模擬值 42
圖4-6 L-band功率放大器大訊號模擬值 42
圖4-7 L-band小訊號S參數量測值 43
圖4-8 L-band功率放大器大訊號量測值 44
圖4-9 L-band功率放大器各階諧波項輸出功率量測圖(ƒin=1.6 GHz) 45
圖4-10輸出功率對誤差向量幅度量測圖(ƒin=1.6 GHz) 45
圖4-11相鄰信道泄漏功率比ACLR 46
圖4-12 L-band功率放大器切割線段 47

 
表目錄
表1-1各類半導體材料特性比較表 3
表2-1低雜訊放大器特性比較表 14
表2-2 低雜訊放大器文獻比較表 15
表3-1功率放大器分類表 17
表3-2 S-band兩級功率放大器模擬及量測比較表 37
表4-1 L-band兩級功率放大器模擬及量測比較表 47

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