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无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN)在工业、军事和其它部门有巨大的发展潜力。传感网络中的节点功耗是决定其实用性的关键因素之一。而节点在互相通信时,功率放大器消耗电池的大部分电量,为此,功率放大器需要效率最大化和功率可控,功率放大器的设计是整个无线传感网络通信系统的关键。
论文主要设计适用于Zigbee通信系统的功率可控型功率放大器。论文首先从发射机结构入手,分析了功率放大器的基本工作原理,并对效率增强和功率合成主流技术进行总结,根据收发芯片的系统要求确定了功率放大器的设计指标。该功率放大器采用Cascode差分结构,其中主体电路由MOS管宽长比之比为8:4:2:1的四组增益单元并联构成,偏置电路模块为每组增益单元单独提供偏置电压,在数字信号线控制下,通过动态调整偏置电压和MOS管宽长比,既实现了增益可变,又有效地提高了效率,并同时保证一定的线性度。为解决在MOS管宽长比调整时的输入匹配频点偏移问题,引入了动态输入匹配网络,改善了在工作频点上的匹配度。
论文完成了基于Chartered0.18μm CMOS工艺下的2.45GHz功率放大器的设计,给出了仿真结果和测试结果。仿真结果表明,在1.8V电源电压下,增益从4dB到16dB可调,输入1dB压缩点均大于-6dBm,输出IP3也大于15dBm。另外,最大附加效率为37%,平均附加效率为11.5%。经测试,增益从2dB到12dB可调,最大输出功率可达0dBm,基本达到系统要求。