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    5.2 GHz互補式金屬氧化物半導體功率放大器與線性化技術研究
    (2016) 許敬易; Hsu, Chin-Yi
    本論文研製之三個5.2 GHz功率放大器分別利用變壓器功率合成技術、電流合成變壓器技術與內建線性器技術來設計，並實現於標準0.18-μm 1P6M互補式金屬氧化物半導體製程(Standard 0.18-μm 1P6M CMOS process)中。本論文之功率放大器量測包含了S參數、連續波訊號與數位調變訊號，其中量測數位調變之特性時所打入的訊號為IEEE 802.11a WLAN之OFDM 54 Mbps 64-QAM Modulated Signal。 第一個電路為利用變壓器功率合成技術之5.2 GHz功率放大器，透過變壓器的阻抗轉換與功率結合之能力，達成輸入共軛匹配、輸出功率阻抗匹配與高輸出功率。當功率放大器的VG1分別為0.85 V與1.0 V時，其功率增益(Power gain)分別約為16.59 dB與16.27 dB，飽和輸出功率Psat分別約為24.9 dBm與24.79 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB分別約為20.3 dBm與18 dBm，靜態電流分別為218.35 mA與334.91 mA，最大功率附加效率Peak PAE分別約為28.37 %與26.46 %，整體晶片佈局面積為1.2 mm × 0.6 mm。 第二個電路為利用電流合成變壓器技術之5.2 GHz功率放大器，以利用變壓器功率合成技術之5.2 GHz功率放大器為基礎，為了得到更高的輸出功率，本電路透過電流合成變壓器技術將其輸出端做功率結合，並達到輸出功率提升近3 dBm的效果。當功率放大器的VG1分別為0.85 V與1.0 V時，其功率增益(Power gain)分別約為14.29 dB與13.48 dB，飽和輸出功率Psat分別約為27.59 dBm與27.49 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB分別約為21.43 dBm與17.96 dBm，靜態電流分別約為457.9 mA與666.61 mA，最大功率附加效率Peak PAE分別約為20.18 %與18.83 %，整體晶片佈局面積為1.2 mm × 1.15 mm。 第三個電路為具內建線性器之5.2 GHz功率放大器，以利用電流合成變壓器技術之5.2 GHz功率放大器為基礎，在其輸入端掛接一疊接組態線性器，並透過改變線性器之控制電壓Vctrl而達到控制功率放大器之線性度改善的程度。當功率放大器的VG1為1.0 V且線性器開啟時，功率增益約8.74 dB，飽和輸出功率Psat約為25.01 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB約為22 dBm，最大功率附加效率Peak PAE約為9.92 %，三階交互調變失真IMD3在輸出功率約為18 dBm以前皆可抑制在35 dBc左右，誤差向量振幅EVM在輸出功率約為16 dBm以前皆可抑制在2 %左右，當誤差向量振幅EVM約為5.6 %時所操作之輸出功率約為19 dBm，整體晶片佈局面積為1.2 mm × 1.17 mm。