基于CMOS工艺的变压器耦合毫米波功率放大器芯片设计.pdf

基于CMOS工艺的变压器耦合毫米波功率放大器芯片设计.pdf内容概要：本文围绕CMOS工艺下的毫米波功率放大器芯片设计展开研究，重点解决了毫米波频段下无源器件设计困难、晶体管增益低、输出功率不足等关键技术难题。首先系统总结了具有阻抗变换功能的毫米波片上变压器式巴伦的设计方法，并提出通过调整中心抽头改善其平衡性的优化方案，同时建立了相应的集总元件模型以支持电路仿真与设计。随后，采用90nm CMOS工艺设计了八路输入、两路输出的功率合成变压器，并基于该结构实现了Q波段高输出功率功率放大器，实测在45GHz频率下增益达20.38dB，饱和输出功率为21.08dBm，峰值功率附加效率为14.5%。最后，针对W波段（100GHz）晶体管增益极低的问题，提出采用变压器耦合晶体管栅极与漏极信号的创新结构，在不牺牲效率和线性度的前提下提升增益约2dB，仿真结果显示小信号增益为14.8dB，饱和输出功率10.34dBm，峰值PAE为4.5%。; 适合人群：具备射频集成电路基础知识，从事毫米波芯片设计、高频电路研发的工程师及高校研究生。; 使用场景及目标：①掌握毫米波片上巴伦与变压器的设计与建模方法；②学习基于CMOS工艺实现高输出功率Q波段功放的设计流程与测试技术；③探索在晶体管接近截止频率时通过变压器耦合提升增益的创新电路结构。; 阅读建议：本文理论与实践结合紧密，建议读者结合电磁仿真工具（如HFSS）与电路仿真平台（如Cadence）进行复现，重点关注巴伦建模、功率合成结构设计及W波段增益提升机制，同时注意工艺参数、寄生效应与测试校准对性能的影响。