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Item K頻帶互補式金氧半功率放大器設計(2015) 劉家凱; Liu, Chia-Kai第一個電路為變壓器功率結合技術之K頻帶功率放大器，採用半圈變壓器 (Half-turn Transformer)實現功率結合與阻抗轉換以達到節省面積，量測結果在23.5 GHz時，增益為12 dB，飽和輸出功率(P_sat)為22.5 dBm，1dB增益壓縮輸出功率(OP_1dB)為18.1 dBm，最高功率輔助效率(PAE)為21.8%，晶片佈局面積為0.29 mm^2。 第二個電路為變壓器電流結合技術之K頻帶功率放大器，延續第一個設計之功率放大器，運用變壓器電流結合技術(Current Combining Transformer)來提升輸出功率，將功率放大單元直接並聯在進行匹配，而為了要提高增益，採用兩級功率放大器進行設計，量測結果在23 GHz時，增益為19.5 dB，飽和輸出功率(P_sat)為24.9 dBm，1 dB增益壓縮輸出功率(OP_1dB)為20.6 dBm，最高功率輔助效率(PAE)為17.0%，晶片佈局面積為0.97 mm^2。Item Ka頻帶升頻混頻器與I/Q調變器設計與實現(2016) 黃絹容; Huang, Chuan-Jung對於射頻收發器系統來說，混頻器與調變器扮演著相當重要的角色，為了達到混頻與高隔離度，現今，混頻器與調變器的設計以砷化鎵製程(GaAs process)為主。隨著CMOS的進步，近年來射頻電路大部份已經成功整合至CMOS 製程當中，且CMOS具有低功率消耗、低成本、高整合度的優勢，因此本論文將設計及實現Ka頻帶升頻混頻器、次諧波混頻器、I/Q調變器。 本論文將介紹第一個電路為Ka頻帶升頻混頻器，藉由電晶體偏壓操作在弱反轉區而達到低功率消耗與低LO驅動功率且有不錯的轉換增益。在IF端加入緩衝放大器(Buffer Amplifier)以提高功率增益。在LO驅動功率為0 dBm時，量測結果之頻帶為15-34 GHz、轉換增益為 1.5±2.5 dB、整體功率消耗約為2.5 mW，LO-IF與LO-RF的隔離度大於45 dB，晶片佈局面積為0.31 mm^2。 然而Ka頻帶升頻混頻器在LO頻率下的功率與低邊頻帶、高邊頻帶的訊號較相近，為了改善這個問題，因此將升頻混頻器延伸至次諧波混頻器降低LO端頻率，也可以降低鎖相迴路與壓控震盪器的設計難度。而第二個介紹的電路次諧波混頻器其2LO-IF與2LO-RF的隔離度大於58 dBm、LO-IF與LO-RF的隔離度大於51 dB，晶片面積為0.6156 mm^2。 為了提高系統的靈敏度，而設計第三個電路為應用於Ka頻帶的正交調變器。藉由輸入訊號分成I路徑、Q路徑兩個路徑，消除輸出高邊頻帶或低邊訊號其中一邊訊號來提高系統的靈敏度與整個系統的線性度。此電路最大特色為擁有較寬頻的鏡像拒斥比，其晶片面積為0.825 mm^2。Item X頻帶互補式金氧半功率放大器設計與實現(2015) 黃望龍; Huang, Wang-Lung對於射頻收發器系統來說，功率放大器扮演著相當重要的角色，為了達到高輸出功率與高效率，現今，功率放大器的設計以砷化鎵製程(GaAs process)為主。近年來隨著CMOS的進步，射頻電路大部份已經成功整合至CMOS 製程當中，且CMOS具有低功率消耗、低成本、高整合度的優勢，因此本論文將設計及實現三個使用不同功率合成技術的X頻帶互補式金氧半功率放大器。 第一個電路為變壓器功率合成技術之X頻段功率放大器，藉由變壓器實現功率合成而達到較高的輸出功率，量測增益("S" _"21" )為14.189 dB，飽和輸出功率("P" _"sat" )為24.74 dBm，1dB增益壓縮輸出功率(〖"OP" 〗_"1dB" )為16.63 dBm，最高功率附加效率(PAE)為19.9 %，晶片佈局面積為0.56 mm^2。 第二個電路為串聯結合變壓器功率合成技術之X頻段功率放大器，藉由堆疊每一功率元件的電壓，進而抬高整體的輸出電壓及功率，量測增益("S" _"21" )為13.08 dB，飽和輸出功率("P" _"sat" )為26.3 dBm，1dB增益壓縮輸出功率(〖"OP" 〗_"1dB" )為23.3 dBm，最高功率附加效率(PAE)為12.6 %，晶片佈局面積為1.08 mm^2，。 第三個電路為基於變壓器的電流合成技術之X頻段功率放大器，將兩組功率放大器元件直接並聯，藉此提高輸出功率，量測增益("S" _"21" )為13.4 dB，並達到27.3 dBm的飽和輸出功率("P" _"sat" )，23.84 dBm的1dB增益壓縮輸出功率(〖"OP" 〗_"1dB" )及19 %的最高功率附加效率(PAE) ，晶片佈局面積為1.27 mm^2。Item C頻帶互補式金屬氧化物半導體功率放大器與線性化技術研究(2017) 鄭怡建; Cheng, Yi-Chien第一顆電路為使用變壓器功率合成技術之C頻段功率放大器，以變壓器功率合成技術完成放大器功率結合，並藉由阻抗轉換特性達成輸出與輸入之阻抗匹配。當操作頻率為5.3 GHz且VG1為0.85 V時，功率增益約16.48 dB，飽和輸出功率(Psat)約為27.69 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率(OP1dB)約為22.53 dBm，最大功率附加效率(PAE)約為28.34 %。整體晶片佈局面積為1.17 mm × 0.655 mm。 第二顆電路為具內建線性器之C頻段功率放大器，線性器架構採用共閘極串級二極體組態。當操作頻率為5.3 GHz，且VG1為1 V線性器開啟時，功率增益約14.25 dB，飽和輸出功率(Psat)約為27.06 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率(OP1dB)從22.48 dBm提升至26.24 dBm，最大功率附加效率(PAE)約為23.94 %，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-40 dBc左右。整體晶片佈局面積為1.14 mm × 0.64 mm。 第三顆電路為具內建線性器之C頻段功率放大器，線性器架構採用疊階組態。當操作頻率為5.3 GHz ，且VG1為0.85 V線性器開啟時，功率增益約11.98 dB，飽和輸出功率(Psat)約為26.84 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率(OP1dB)從 22.69 dBm提升至24.7 dBm，最大功率附加效率(PAE)約為22.22 %，而三階交互調變失真IMD3在輸出功率約為18.5 dBm以前皆可抑制在-40 dBc左右。整體晶片佈局面積為1.14 mm × 0.64 mm。 第四顆電路為具內建線性器之C頻段功率放大器，線性器架構採用共閘極串級電阻組態。當操作頻率為5.3 GHz ，且VG1為0.85 V線性器開啟時，功率增益約13.1 dB，飽和輸出功率(Psat)約為26.94 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率(OP1dB)從20.95 dBm提升至23.81 dBm，最大功率附加效率(PAE)約為25.05 %，而三階交互調變失真IMD3在輸出功率約為18.5 dBm以前皆可抑制在-40 dBc左右。整體晶片佈局面積為1.14 mm × 0.64 mm。Item 低功率鎖相迴路與電壓控制振盪器之設計與實現(2013) 周健平; Jian-Ping Chou隨著無線通訊產業蓬勃發展，高速率傳輸資料是必需的。然而在無線通訊系統中需要穩定且乾淨的振盪源。因此鎖相迴路是相當重要的角色。本論文使用了TSMC CMOS 0.18-µm製程實現可操作在5.568 GHz頻段上的鎖相迴路以及使用TSMC CMOS 90-nm製程實現在K-band頻段上的變壓器回授之電壓控制振盪器。在這次設計操作在5.568 GHz頻段上的鎖相迴路過程中，我們使用低功耗的真單向相位時脈(True Single Phase Clock, TSPC)與低電壓操作的變壓器回授之電壓控制振盪器來達到節省功耗之效果。 本論文依序說明了應用於K-Band低功耗CMOS變壓器回授之電壓控制振盪器與鎖相迴路，分別在第三章與第四章呈現。在第三章實現出了一個低電壓且操作在K頻段上的電壓控制振盪器，其功率消耗為1 mW。其相位雜訊為-95.37 dBc/Hz @ 1 MHz。第四章設計了一個操作在5GHz頻段上的鎖相迴路，整體的功率消耗約為9.23 mW，其相位雜訊為-106.23 dBc/Hz @ 1 MHz與-121.63 dBc/Hz @ 10 MHz。Item 38 GHz可變增益放大器與單邊帶調變混頻器設計(2019) 林禎芳; Lin, Chen-Fang隨著毫米波頻段的發展，在相位陣列(Phase Array)架構的射頻收發器中，可變增益放大器及混頻器為重要的元件。由於互補式金氧半導體製程(CMOS)的進步，近年來已經可以將大部分的射頻電路整合在一起，且CMOS具有低功率消耗、低成本及高整合度的優勢，因此本論文將使用TSMC 65nm CMOS製程，設計實現38 GHz可變增益放大器與單邊帶調變混頻器。 第一個電路為38 GHz低相位變化之可變增益放大器，採用兩級的電流控制架構(Current Steering)，透過數位控制與相位補償技術，來維持在可變增益範圍內的低相位變化，及降低系統控制複雜度。當供應電壓Vdd為2 V，Vg1、Vg2分別為0.6 V、1.6 V時，在38 GHz有最高增益17.67 dB，可變增益範圍則是在2.61 dB ~ 17.67 dB，約有15.06 dB，相位差為2.69°，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB約為-0.68 dBm，整體功率消耗約為56.77 mW，整體晶片佈局面積為460 μm × 680 μm。 第二個電路為38 GHz單邊帶調變混頻器，藉由給予兩顆混頻器正交訊號，將兩個相差180°的輸出訊號合成後，會達到鏡像抑制之功能。由於我們使用來產生正交訊號的多相位濾波器(Poly Phase Filter)，對於製程變異相當敏感，因此最後實現的單邊帶調變混頻器有頻飄的狀況。當電晶體偏壓為0.4 V，LO驅動功率為3 dBm時，頻帶為31 ~ 40 GHz，增益範圍為-16.3 ± 0.5 dB，鏡像抑制則有35 dB，整體晶片佈局面積為710 μm × 770 μm。Item 應用於77 GHz汽車防撞雷達系統之毫米波積體電路設計(2012) 林繼揚本論文主要針對77 GHz汽車防撞雷達微波CMOS射頻前端RFICs以及毫米波電路設計研究討論，晶片製作透過國家晶片中心提供的標準TSMC CMOS 90nm製程，內容分為兩個部分，第一個部分為介紹毫米波汽車防撞雷達研究背景，第二部分為毫米波CMOS RFICs之設計與量測。 論文將介紹三個電路，第一個為低雜訊放大器，此設計頻率為71至77 GHz設計上採用三級串接，第一級為共源級組態，主要考量於低雜訊之訴求，第二級與第三級將採用疊接組態，疊接組態將提供高增益，來滿足系統所需之規格，本設計考量將在疊接組態之增益以及雜訊指數，利用中間匹配電感來設計，其電感可以使疊接組態之雜訊指數降低，並可以提高增益，本論文於第三章內容將作設計考量分析，而量測結果在74 GHz時有最小雜訊指數 6.17 dB，增益高達20 dB以上，晶片面積為0.596 ╳ 0.583 mm2。第二個電路為功率放大器，此設計操作頻率為71至77 GHz，設計考量於功率為重，因此在架構上選擇較大之電晶體，且採用疊接組態提高增益，量測結果於頻率71至77 GHz增益維持在20 dB，其晶片面積大小為0.596 ╳ 0.596mm2。第三部分為混頻器，採用環型混頻器架構，系統主要於低LO功率，以及低功率消耗，供應電壓為1.2 V，操作頻率在71至77 GHz，降頻混頻器之OP1dB發生在輸入RF功率為-3 dBm時有-0.5 dBm輸出功率。Item 5.3 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(2017) 林佳龍; Lin, Chia-Lung本論文研製之三個5.3 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參數與連續波訊號。 第一個電路為利用變壓器功率合成技術之5.3 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為0.85 V時，其功率增益(Power gain)約為18.19 dB，飽和輸出功率Psat約為26.10 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB約為21.20 dBm，靜態電流約為294.60 mA，最大功率附加效率Peak PAE約為21.30 %，整體晶片佈局面積為1.17 mm × 0.64 mm。 第二個電路為利用電流合成變壓器技術之5.3 GHz功率放大器，以第一個電路為基礎，為了得到更高的輸出功率，我們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為0.85 V時，其功率增益(Power gain)約為16.43 dB，飽和輸出功率Psat分別約為29.43 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB約為25.44 dBm，靜態電流約為610.50 mA，最大功率附加效率Peak PAE約為23.06 %，整體晶片佈局面積為1.09 mm × 1.16 mm。 第三個電路為具內建線性器之5.3 GHz功率放大器，以第二個電路為基礎，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0.85 V且線性器開啟時，功率增益約14.04 dB，飽和輸出功率Psat約為28.66 dBm，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB約為25.11 dBm，最大功率附加效率Peak PAE約為21.00 %，三階交互調變失真IMD3在輸出功率約為19.45 dBm以前皆可抑制在-40 dBc左右，整體晶片佈局面積為1.09 mm × 1.16 mm。Item 應用於 X 頻段之鎖相迴路與頻率合成器之設計與實現(2012) 施宏達隨著通訊產業發展蓬勃，在講求高資料傳輸速率的時代，許多應用已經都被發展到高頻段上，然而在這些高頻段應用的通訊系統皆需要一個穩定且純淨的振盪源，因此，鎖相迴路扮演了一個關鍵的角色。本論文使用了TSMC CMOS 0.18-µm 製程實現可操作在 X 頻段上的鎖相迴路與頻率合成器。在這次設計的過程中，我們使用電流再利用技術與變壓器回授型態的壓控振盪器來達到節省功耗之效果。 本論文依序實現了壓控振盪器、除頻器、鎖相迴路與頻率合成器，分別在第三章、第四章、第五章與第六章呈現。四個電路主要都是設計在 X 頻段上。第五章設計了一個操作在 X 頻段上的鎖相迴路，整體的功率消耗約為 38 mW，其相位雜訊為-94 dBc/Hz @ 1 MHz。在第六章整合了第三章、第四章與第五章實現出了一個低電壓且操作在 X 頻段上的頻率合成器，並且具有一組 2bits 的控制線，可切換三個頻道，其功率消耗為 36.76 mW。相位雜訊在 In-band 為-75 dBc/Hz @ 100 kHz 且在 out-band 為-120 dBc/Hz @ 10 MHz。Item 應用於第五代行動通訊之28 GHz與38 GHz之功率放大器研究(2017) 林煜哲; Lin, Yu-Zhe第一個電路為利用變壓器功率合成技術之Ka頻帶之功率放大器，使用半圈之變壓器實現功率結合與阻抗轉換以達到節省晶片面積，在量測頻率28 GHz時，增益為10.13 dB，飽和輸出功率為21.69 dBm，OP1dB為16.48 dBm，最大功率附加效率Peak PAE為19.36 %，整體晶片佈局面積為0.29 mm2。 第二個電路為變壓器電流合成技術之Ka頻帶功率放大器，為了提升功率放大器的增益，採用二級功率放大器進行設計，再使用變壓器電流合成技術提升輸出功率，量測結果在28 GHz時增益為14.07 dB，飽和輸出功率為23.9 dBm，OP1dB為19.07 dBm，最高功率附加效率為13 %，晶片佈局面積為0.9 mm2。 第三個電路為利用直接並聯功率合成瓦級功率輸出之Ka頻帶功率放大器，為了達到高增益，透過三級放大器進行設計，並使用直接並聯功率合成提升輸出功率，量測結果在38GHz時增益為19.6 dB，飽和輸出功率為28.4 dBm，OP1dB為27.6 dBm，最高功率附加效率為22.92 %，整體晶片佈局面積為5.22 mm2。