2.5 GHz CMOS功率放大器：高线性度与瓦级输出设计

"本文介绍了一款使用TSMC 0.18微米CMOS工艺设计的2.5 GHz高线性度瓦级功率放大器（PA），该PA旨在克服CMOS工艺在功率放大领域的局限性。设计采用了全差分电路结构，包括输入变压器、驱动放大器、两个子功率放大器和功率合成器。通过片上变压器合成技术增强输出功率，以实现31.8 dBm的最大输出功率和32.9%的最高功率附加效率。" 在设计这款2.5 GHz CMOS功率放大器时，主要考虑了以下几个关键技术点： 1. **全差分电路结构**：这种结构用于两级放大器，旨在提高放大器的线性度，减少非线性失真，并能有效地抑制奇次谐波。全差分设计可以提供更好的噪声性能和共模抑制，这对于高功率应用至关重要。 2. **两级放大器设计**：两级放大器的组合可以提供更高的增益和输出功率。第二级放大电路由两个相同的子放大器组成，通过高效率的片上功率合成器，将两个子放大器的输出电压相加以实现超过1 W的输出功率。 3. **功率合成器**：功率合成器是设计的关键部分，它不仅负责将两个子放大器的输出相加，还把差分信号转换为单端信号输出。这种技术有效地提升了整体输出功率，同时保持了良好的效率。 4. **输入变压器**：输入变压器用于将单端输入信号转换为差分输出，增强信号的驱动能力，同时也用于匹配网络，确保在2.5 GHz时的最优性能。 5. **串联RC网络**：在驱动放大器和子功率放大器之间使用串联RC网络，有助于提高电路的稳定性，控制谐波失真，同时改善放大器的线性度。 6. **尺寸优化**：整个设计过程中，MOS管尺寸、级间电感和变压器的线圈比等参数都经过精心调整，以确保在目标频率下实现最大输出功率和效率。这涉及到负载牵引仿真和多次迭代优化。 7. **线性度和效率的平衡**：设计不仅要考虑提高输出功率，还要兼顾线性度，以减少信号失真。通过精细调整电路参数，达到了32.9%的最高功率附加效率，这在CMOS PA中是一个显著的成就。 这款2.5 GHz高线性度瓦级CMOS功率放大器的设计充分展示了CMOS工艺在克服传统限制上的潜力，通过创新的电路设计和优化方法，实现了高性能指标，为无线通信领域提供了更具成本效益的选择。尽管CMOS工艺在功率放大方面存在挑战，但该设计的成功表明，通过不断的技术进步和优化，CMOS技术在功率放大器领域具有广阔的应用前景。