主題： Sub-6 GHz Power Amplifier Driver 設計與優化
製程： TSMC 28nm RF CMOS
頻段： 3.3–4.2 GHz (n77/n78)
| # | Prompt | 回應摘要 |
|---|---|---|
| 1 | (初始請求 - 建立 PA schematic) | 建立 Sub-6 GHz PA Driver schematic HTML |
| 2 | very similar to LNA why | 解釋 LNA vs PA 拓撲相似性（都用 Cascode） |
| 3 | show it die on tsmc technology | 建立 PA Driver 3D Die View (Three.js) |
| 4 | Uncaught Error: Invalid or unexpected token | 修復 Unicode minus sign bug（−→-） |
| 5 | Optimizer with Die Synced | 建立 PA Driver Die + Optimizer 整合版 |
| 6 | why fitness cannot go beyond 46% whatsoever | 修復 Cgs 雙重單位、Psat 公式、頻率檢查 |
| 7 | target spec | 列出 PA specs: Gain 22dB, Psat 25dBm, PAE 40%, OIP3 35dBm |
| 8 | right now gain is 30 dB, P dissipation is 565 mW | 修復 Gain 過度樂觀、Pdc 權重調整 |
| 9 | OIP3 meaning | 解釋 OIP3：IM3 外推交點，線性度指標 |
| 10 | is not as high as 92.7% earlier why | 說明權重調整後最佳解不同 |
| 11 | why PAE = 55% is bad | 解釋 Class-AB 實際 PAE 上限 ~50%，加入 cap |
| 12 | i achieved... fitness=90.1% | 驗證用戶設計 W_pa=496µm, I_pa=110mA 達 90% |
| 13 | Now p_DC is only 357 mW, have room to increase Vov | 修復 Vov 模型，找到 W_pa=332µm 優化解 (90.9%) |
46% cap → Cgs 單位錯誤 + Psat 公式
↓
72% → Gain 過度樂觀 (43dB → 22dB)
↓
85% → PAE 不合理 (55% → cap 50%)
↓
90% → Pdc 權重過低 (5% → 25%)
↓
91% → Vov 模型錯誤 (固定133mV → √(J/J_ref))// Before (錯誤)
const Cgs_pa = Cgs_per_um * W_pa * 1e-15; // 重複 1e-15
// After (正確)
const Cgs_pa = Cgs_per_um * W_pa; // Cgs_per_um 已含單位// Before (錯誤)
Psat_watts = (VDD - 0.3) * I_pa / 2;
// After (正確)
I_peak = min(W_pa × 0.85e-3, I_pa × 2.5e-3);
Psat_watts = (VDD - 0.3) × I_peak / 2 × 0.82;// Before (錯誤 - 恆定值)
const Vov = 2 / gm_Id; // = 133mV 不變
// After (正確 - 隨電流密度變化)
const J_pa = I_pa / W_pa;
const J_ref = 80 / 256;
const Vov = 0.15 * Math.sqrt(J_pa / J_ref);| 參數 | 用戶設計 | 優化後 |
|---|---|---|
| W_drv | 64 µm | 64 µm |
| W_pa | 496 µm | 332 µm |
| I_drv | 5 mA | 5 mA |
| I_pa | 110 mA | 110 mA |
| L_d2 | 1.2 nH | 1.2 nH |
| VDD | 3.1 V | 3.1 V |
| 指標 | 用戶設計 | 優化後 | 目標 |
|---|---|---|---|
| Gain | 22.0 dB | 22.0 dB | 22 dB |
| Psat | +25.0 dBm | +25.0 dBm | +25 dBm |
| PAE | 50.0% | 50.0% | 40% |
| P1dB | +22.5 dBm | +22.5 dBm | +23 dBm |
| OIP3 | +32.6 dBm | +33.1 dBm | +35 dBm |
| Pdc | 357 mW | 357 mW | 350 mW |
| Vov | 126 mV | 154 mV | — |
| Fitness | 89.8% | 90.9% | — |
| 檔案 | 說明 |
|---|---|
pa-driver-schematic.html | 電路圖（SVG） |
pa-driver-die-view.html | 3D Die View (Three.js) |
pa-driver-die-optimizer.html | Die + Optimizer 整合版 |
為何減小 W_pa 可提升 OIP3？
OIP3 ∝ Vov ∝ √(I_d / W)
固定 I_pa = 110mA:
W_pa = 496µm → J = 0.22 mA/µm → Vov = 126mV
W_pa = 332µm → J = 0.33 mA/µm → Vov = 154mV (+22%)減小 W_pa 提高電流密度 J，進而提升 Vov 和 OIP3，而 Pdc 維持不變（因為 I_pa 相同）。這比增加 I_pa 更有效率，因為增加 I_pa 會同時增加 Pdc（權重 25%）。