High Efficiency D-Band Multiway Power Combined Amplifiers With 17.5–19-dBm Psat and 14.2–12.1% Peak PAE in 45-nm CMOS RFSOI
High Efficiency D-Band Multiway Power Combined Amplifiers With 17.5–19-dBm Psat and 14.2–12.1% Peak PAE in 45-nm CMOS RFSOI
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采用 45 nm CMOS RFSOI 的高效 D 频段多路功率组合放大器，具有 17.5–19dBm Psat 和 14.2–12.1% 峰值 PAE
DOI：
10.1109/jssc.2022.3145394
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发表时间：
2022
影响因子：
5.4
通讯作者：
Gabriel M. Rebeiz
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Siwei Li;Gabriel M. Rebeiz
本文介绍了完全集成的功率放大器 (PA)，具有八路低损耗功率组合，适用于 GlobalFoundries CMOS 45RFSOI 工艺中的 <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$D$ </tex-math></inline-formula> 频段应用。八路功率组合（四路差分）共源 (C.S.) 和共源共栅放大器是使用四级差分 PA 单元作为构建块来实现的。八路功率组合网络由四路巴伦短传输线（balun-STL）组合器和传统四分之一波长传输线（QWL TL）组合器组成。仿真的两级八路合路器<斜体>原位</斜体>（负载）欧姆损耗在 130-150 GHz 时仅为 1.1-1.4 dB。该八路功率组合 C.S. 放大器在 140 GHz 时具有 24 dB 的小信号增益，采用 1.2 V 电源和 131–150 GHz 的 3 dB 带宽。 130–150 GHz 时，饱和输出功率 (Psat) 和输出 1 dB 压缩点 (OP<sub>1 dB</sub>) 分别为 16.8–17.5 和 13–14.2 dBm。相应的峰值功率附加效率（PAE）为11.7%–14.2%。八路功率组合共源共栅放大器在 135 GHz 下实现了 24.8 dB 的小信号增益，并具有 133–148 GHz 的 3 dB 带宽。相应的 Psat 在 125–150 GHz 时为 16.3–19 dBm，峰值 PAE 为 6.5%–12.1%。据我们所知，这些 PA 在 CMOS 中的 <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$D$ </tex-math></inline-formula> 频段实现了最高的 Psat 和 OP<sub>1 dB</sub>。
This article presents fully integrated power amplifiers (PAs) with eight-way low-loss power combining for <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$D$ </tex-math></inline-formula>-band applications in the GlobalFoundries CMOS 45RFSOI process. The eight-way power combining (four-way differential) common source (C.S.) and cascode amplifiers are implemented using four-stage differential PA unit cells as building blocks. The eight-way power combining network is composed of a four-way balun-short-transmission-line (balun-STL) combiner and a conventional quarter wavelength transmission line (QWL TL) combiner. The simulated two-stage eight-way combiner <italic>in situ</italic> (loaded) ohmic loss is only 1.1–1.4 dB at 130–150 GHz. The eight-way power-combining C.S. amplifier has a small-signal gain of 24 dB at 140 GHz with a 1.2-V supply and a 3-dB bandwidth of 131–150 GHz. The saturated output power (Psat) and output 1-dB compression point (OP<sub>1 dB</sub>) are 16.8–17.5 and 13–14.2 dBm at 130–150 GHz, respectively. The corresponding peak power-added efficiency (PAE) is 11.7%–14.2%. The eight-way power combining cascode amplifier achieves a small-signal gain of 24.8 dB at 135 GHz with a 3-dB bandwidth of 133–148 GHz. The corresponding Psat is 16.3–19 dBm at 125–150 GHz with a peak PAE of 6.5%–12.1%. To the best of our knowledge, these PAs achieve the highest Psat and OP<sub>1 dB</sub> at the <inline-formula> <tex-math notation="LaTeX">$D$ </tex-math></inline-formula>-band in CMOS.