Power amplifier improvement techniques/circuits in 0.35 micron sige SiGe HBT Technology for 5 GHz wireless LAN band

Abstract

Bu tezde, 802.11a WLAN uygulamaları için yüksek frekans bir güçkuvvetlendiricisi AMS'in 0.35 μm SiGe BiCMOS teknolojisiyle 5 GHz frekansindatasarlanmış ve serimi yapılmıştır. Bunun yaninda, tümleşik güç birleştirici yöntemi veiletim hattını tümleşik endüktans olarak kullanma fikri test edilmiştir. Bu güçkuvvetlendiricisi tasarımında AMS'in 0.35 μm BiCMOS prosesinde bulunan SiGe HBT'leryer alıp, kuvvetlendirici 3 Volt kaynak voltajı ile Sınıf A'da çalışacak şekildetasarlanmıştır. Güç kuvvetlendiricisi, gönderici hattındaki son yükseltici blok olduğu için,kanal kayıplarını aşabilmek için yeterli miktarda yüksek frekans çıkış gücüoluşturabilmelidir. Aynı zamanda, üretilen çıkış gücü, çalıştırma standardının öngördüğüçıkış gücü seviyelerini aşmamalıdır. Bu sebepten dolayı, bu çalışmada IEEE 802.11astandardı için yeterli seviyelerde güç üretebilen bir kuvvetlendirici tasarlamaya özengösterilmiştir. Sınıf A'da çalıştırılmak üzere tasarlanan güç kuvvetlendiricisinin kutuplamanoktalari bu doğrultuda seçilmiş ve doğrusallık korunmuştur. Tek sıralı güçkuvvetlendiricisi tasarlandıktan sonra, aynı devrenin değişik versiyonları tasarlanıp testedilmiştir. Kırmık boyutunu küçültmek ve parazitik kayıpları azaltmak için, RF chokegörevi gören endüktans devreden çıkartılıp yerine kapasitif yüklenmiş iletim hattıyerleştirilmiştir. Doğrusallığı ve çıkış gücünü arttırmak içinse, iki tek sıralı güçkuvvetlendiricisi tümleşik Wilkinson güç birleştiricisi ile birleştirilmiştir. SimülasyonlarADS ve Cadence ortamlarında eş zamanlı olarak yapılmıştır.

In this thesis, a 5 GHz radio frequency power amplifier for IEEE 802.11a WLANapplications is designed, the ideas of on-chip power combining and using transmission linesas an RF on-chip choke are tested and layouts are drawn. The power amplifier employsSiGe HBT?s in AMS 0.35 μm BiCMOS process and it is designed to operate in Class Amode with a supply voltage of 3 Volts. Since the power amplifier is the final block and thefinal amplification stage of the transmitter chain in a wireless system, it must produceenough RF power to overcome the channel losses. At the same time, the power producedby the power amplifier should obey the power levels dictated by the operating standard.Therefore, in this work much consideration is given to design a power amplifier whichprovides enough output power for IEEE 802.11a WLAN standard. The power amplifier isdesigned to operate in Class A, and the bias points are chosen accordingly in order topreserve linearity. After the design of a single stage power amplifier, different versions ofthe circuit are designed and layouts are drawn. To decrease the dye area and the parasiticlosses, the inductor which is used as the RF choke is replaced with capacitively loadedtransmission lines. Moreover, in order to improve the linearity and obtain higher outputpower levels, two single stage power amplifiers are combined via on-chip Wilkinson powercombiner made of lumped elements. Simulations are performed in ADS and Cadenceenvironments in a parallel fashion.