基于wsn的d類射頻功放設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 輸出功率(dBm)7功率附加效率(%)2530 SS工藝角下的增益和功率附加效率仿真(a)(b)圖 111控制信號下的 (a)功率放大器增益 (b)PAE，在SS工藝角下，即使是三組功率控制管全部導通，所以如果在流片后出現SS工藝角，要對電路偏置進行重新調節以獲得期望的數據指標。第 4 章 結論和展望 總結WSN正成為當前研究的熱點。設計出用于傳感器節點的高性能、低成本集成芯片是一個熱門的研究方向。而功率放大器能否集成對于整個射頻收發機芯片有很重要的意義。本次設計采用了Si CMOS工藝。采用兩級放大器結構，設計出了滿足WSN系統要求的功率放大器。該放大器最關鍵的部分是開關信號的生成、D類負載網絡的設計以及輸出功率控制的方法。本論文給出了基于TSMC RF GHz無線傳感網絡的射頻功率放大器的設計方法。具體設計包括D類放大器驅動級設計、功率控制以及匹配網絡的實現。仿真結果表明， V電源電壓下，功率附加效率大于25%，滿足任務書中提出的要求。本文中的設計方法成功的應用在深亞微米CMOS工藝上，表明了深亞微米CMOS工藝適合于低功率輸出的集成D類功率放大器。本文的主要貢獻在于，為使用CMOS工藝設計D 類功率放大器積累了一定的經驗，對SMIC的CMOS的工藝有較深入的了解。提出和驗證了D類功率放大器的設計方法，基本滿足了WSN系統的要求。為下一輪設計改進打下了基礎。同時也為研究所積累了關于D類功率放大器設計方面的經驗。 展望模型對集成電路的設計尤為重要。在本次射頻功率放大器設計中，射頻晶體管和螺旋電感的模型精度將很大程度上影響到設計的成功與否。在今后的設計中，爭取對SMIC工藝的射頻晶體管做單獨的流片測試，并對其進行建模和參數提取，利用修正后的模型進行電路設計，以保證電路的仿真模擬和測試結果更加吻合。D類功率放大器有很高的效率，但是同時也具有非線性的特點。在實際應用中，大多數無線標準都對線性度做了一定的要求，故還需要設計額外的補償電路使得功率放大器能夠提供足夠的線性度。最后值得注意的是，理論上D類功放能夠達到100%的效率，而且在頻率較低的情況下能達到較高的效率，而在高頻情況下性能并不理想。這里的原因可能有D類的開關屬于“硬開關”因為開關是在電壓不為零的時候導通。在CMOS工藝中，開關具有一個很大的寄生源漏電容。當晶體管導通的時候，電流將對該寄生電容充電，在上面儲存的能量并耗散。還有D類功率放大器需要很高的驅動功率。一般為推挽結構，需要一個PMOS開關。而PMOS的性能通常較差，而且PMOS管的尺寸通常要比對應的NMOS管大三倍左右，這將引入一個大的輸入電容，將會進一步造成效率的下降。在后續的工作中，可以投入更多的精力到這些問題上。參 考 文 獻參 考 文 獻[1] R246。mer, Kay。 Friedemann Mattern. The Design Space of Wireless Sensor Networks. IEEE Wireless Communications, Volume 11, Issue 6, – 61, Dec. 2004[2] Thomas Haenselmann. Sensor networks. GFDL Wireless Sensor Network textbook. Retrieved on 20060829.[3] Hadim, Salem, Nader Mohamed. Middleware Challenges and Approaches for Wireless Sensor Networks. IEEE Distributed Systems 2006[4] 孫利民，無線傳感器網絡，清華大學出版社，2005[5] AnKit TIWARI, Design and implementation of wireless sensor networks for condition based maintenance, [PHD Thesis] University of Texas at Arlington May 2004[6] 萬川川，WSN射頻收發芯片中附屬BPF與PA的設計與實現，東南大學碩士論文，2010[7] . Hella and M. Ismail，RF CMOS Power Amplifiers: Theory，Design and Implementation，Kulwer Academic Publishers，2002[8] Steve C. Cripps，RF Power Amplifiers for Wireless Communications，Artech House，1999[9] , “RF Power Amplifier, Classes A through S – How They Operate, and When to Use Each” Electro/95 International Professional Program Procedings., , [10] N. O. Sokal and A. D. Sokal, “Class E A New Class of HighEfficiency Tuned SingleEnded Switching Power Amplifiers”, IEEE Journal of SolidState Circuits, vol. sc10, no. 3, pp. 168–176, June 1975. [11] F. H. Raab, “Idealized Operation of the Class E Tuned Power Amplifier”, IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. cas24, no. 12, pp. 725–735, December 1977.[12] 顧寶良 著，通信電子線路（第二版），電子工業出版社，2010，p103p104[13] KingChun Tsai and Paul R. Gray, “, 1W CMOS classE power amplifier for wireless munications”, IEEE J. SolidState Circuits, , , July 1999[14] 汪振民，應用于無線傳感器網絡的功率放大器的設計，東南大學，2012[15] HyoungSeok Oh, Taeksang Song, A PowerEfficient InjectionLocked ClassE Power Amplifier for Wireless Sensor Network, IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 16, NO. 4, APRIL 2006[16] P. L. D. Abrie, Design of ImpedanceMatching Networks for Radio Frequency and Microwave Amplifiers. Norwood, MA: Artech House,1985.[17] A. Shirvani, D. K. Su and B. A. Wooley, “A CMOS RF power amplifier with parallel amplification for efficient power control”, IEEE Journal of SolidState Circuits, Vol. 37, No. 6, , Jun. 2002.[18] M. Hella and M. Ismail, “2GHz controllable power amplifier in standard CMOS process for shortrange wireless applications”, IEE Devices Syst., Vol. 49, No. 516, pp363368, October/December 2002.致 謝致 謝我的本科生生活即將結束，我要對在論文工作中給予我指導、幫助和關心的老師、同學、家人和朋友表示由衷的感謝。 首先，要感謝我的導師李智群教授。在進入東南大學射頻與光電集成電路研究所開始我的畢業設計后，李智群教授治學工作認真嚴謹的作風，對學生嚴格要求的態度，令我受益匪淺。在參加的幾次例會中，李老師對研究生提出的很多要求，并且對學生的學習研究習慣不對的地方提出了糾正意見，讓我覺得李老師是個認真負責的人。在此，謹向李智群教授表示由衷的感謝。其次要感謝我的學長汪振民同學，在畢業設計過程中，有一階段，我對功率放大器匹配網絡進行調節，可就是調不出需要的指標，于是請教汪振民學長，他總是不厭其煩地為我解釋每一個細節問題，和我一起討論結構存在的問題，讓我從中學習了很多功率放大器設計的知識。感謝射頻與光電集成電路研究所為我們提供了完善的學習與科研環境。感謝研究所中幫助過我的諸位老師與同學，他們在課題研究與工具使用上給予我很大的幫助，他們良好的科研氛圍激勵著我不斷前進。感謝在畢業設計期間給予我巨大支持的同學和朋友，感謝寢室同學在我最為困難之際給予我極大的鼓勵和支持，感謝李文正北402全體同學對我的幫助和支持。 最后，特別感謝我的爸爸、媽媽，是他們在各方面默默關心我，感謝他們多年來對我的支持與關愛，他們是我生命中最重要的人。在這種巨大的支持下，我才能安心地完成學業。對于他們的恩情，我將永遠銘刻在心。 最后，再次感謝每一位幫助過我的人，祝他們幸福、安康！