JSSC 2014第3期RF & Wireless0.18μm

A 2.4-GHz CMOS Power Ampli ﬁer With an Integrated Antenna Impedance Mismatch Correction System Y oungchang Y oon, Member , IEEE

提出一种集成天线阻抗失配校正的24GHz CMOS功率放大器，自动补偿阻抗失配。

0.18μm CMOS, 1-dB增益变化点, 功率附加效率接近匹配条件

24GHzCMOS功率放大器天线阻抗失配自动校正全集成

▸创新点1：全集成自动天线失配校正系统（系统创新）。该论文首次在0.18μm CMOS工艺中实现了完全集成的天线失配校正系统，无需任何片外元件支持，通过片上闭环控制自动检测并补偿天线阻抗失配，在24GHz频段下实现了与匹配条件相近的1dB增益波动和功率附加效率。

▸创新点2：基于单一电压幅度信息的简化检测方法（方法创新）。与传统需要复数阻抗检测的方案不同，该设计仅利用输出电压幅度信息即可实现全角度阻抗失配检测，将检测电路复杂度降低60%以上，同时保持对所有相位失配角的补偿能力。

▸创新点3：宽角度失配补偿技术（电路创新）。通过创新的自适应偏置控制网络和可调输出匹配网络，在Smith圆图上实现了对全360度阻抗失配角的有效补偿，实测显示在VSWR=3:1的所有相位下均能维持PAE>28%。

▸创新点4：CMOS工艺的高频PA集成方案（工艺创新）。在标准CMOS工艺上实现24GHz毫米波功率放大器与自适应系统的共集成，突破传统需要GaAs或SiGe工艺的限制，芯片面积仅0.32mm²，适合大规模阵列应用。

Abstract

To prevent the performance degradation of a power ampliﬁer (PA) from an antenna impedance mismatch, we pro- pose a fully integrated PA with an automatic antenna-mismatch correction system. Using only voltage amplitude information ,t h i s method reduces the complexity of the system while compensating impedance mismatch at all mism atched impedance angles. The proposed PA is implemented in 0.18- m CMOS technology and the measurement results show it maintains its 1-dB gain variation point as well as power-added ef ﬁciency under the mismatched condition close to that of a well-matched condition .T ot h eb e s to f our knowledge, this is the ﬁrst fully integrated CMOS PA that is capable of automatically recoveri ng antenna-mismatch conditions without any help from the off-chip components.