高线性度的CMOS上变频混频器设计

论文题目: 高线性度的CMOS上变频混频器设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 李鸣

导师: 时龙兴

关键词: 二次变频,上变频混频器,单元,线性度

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着我国有线电视开始向数字化过渡,数字电视将拥有一个十分广阔的市场前景。数字电视的调谐器是数字电视接收机的前置级部件,在数字电视技术中占有十分重要的地位。自从超外差接收机的结构被提出以后,混频器作为其中实现频率搬移的关键部件一直都是通信和射频电路研究的热点。本文通过比较一次变频接收机和二次变频接收机这两种不同的调谐器架构,引出了在数字电视调谐器中使用上变频混频器的基本背景和必要性。本文首先介绍了混频器的基本工作原理、分类和几种典型的拓扑结构。然后通过介绍一般的非线性系统,解释了混频器的-1dB增益压缩点和三阶互调点等重要的衡量线性度高低的指标以及增益和噪声系数等指标。基于调谐器系统的整体要求,本文提出了上变频混频器的基本拓扑结构,即由混频器核心、本振缓冲器和中频缓冲器组成。在介绍了目前主要的几种提高混频器线性度的技术后,本文选择了带有源极负反馈的吉尔伯特单元作为混频器的核心电路,并介绍了用源极负反馈提高吉尔伯特混频器线性度的原理和设计方法,还特别关注了线性度和增益、噪声等指标之间的折衷关系。然后介绍了LO缓冲器带宽的设计以及尾电流可调的中频缓冲器等。并在仿真结果的分析中,对带有源极负反馈的Gilbert单元的线性度和增益进行了数学推导和分析,还分析了混频器电路中几个主要的噪声源,同时也提出了改进方法。本文介绍了模拟电路版图设计的要点,并分别给出了上变频混频器中各模块的版图以及整体版图。基于Chartered 0.25μm RFCMOS工艺对上变频混频器的各项主要性能指标,在不同的频率,不同的温度和不同的工艺角条件下进行了模拟,得到了比较全面的仿真数据。最终设计指标如下:增益为4dB,在50～860MHz频率范围内增益波动小于1dB,IIP3为+12dBm,单边带噪声系数为16.5dB,混频器包含两个缓冲器的总功耗约为155mW。我们还对上变频混频器进行了流片试产,并选择了合适的封装形式。同时我们设计了上变频混频器的测试系统,并基于目前的测试条件对其进行了初步的测试。测试结果表明该混频器的实际功能良好。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 调谐器系统架构

1.2.1 一次变频调谐器

1.2.2 二次变频调谐器

1.2.3 上变频混频器

1.2.4 高线性度的混频器

1.3 设计目标和主要工作

1.4 论文的结构

第二章 混频器设计的基础理论

2.1 混频器的原理

2.1.1 混频器的基本原理

2.1.2 非线性器件的相乘作用实现混频器

2.1.3 开关混频器电路

2.2 混频器的分类

2.2.1 单端混频器（Unbalanced Mixer）

2.2.2 单平衡混频器（Single-Balanced Mixer）

2.2.3 双平衡混频器（Double-Balanced Mixer）

2.3 混频器的主要性能指标

2.3.1 混频器的线性度（Linearity）

2.3.2 混频器的其它重要指标

2.4 本课题的设计指标要求

第三章 上变频混频器电路设计

3.1 高线性度混频器设计的主流技术

3.2 吉尔伯特混频器（Gilbert Mixer）

3.2.1 Gilbert 单元的设计

3.2.2 Gilbert 单元中无源器件的选取

3.2.3 Gilbert 单元偏置电路的设计

3.3 LO 缓冲电路

3.4 IF 缓冲电路

3.4.1 主体电路的设计

3.4.2 偏置电路的设计

第四章 版图设计

4.1 模拟电路版图的设计要点

4.1.1 寄生电容和寄生电阻

4.1.2 匹配性设计

4.1.3 噪声耦合

4.2 上变频混频器的版图设计

4.2.1 Gilbert 单元的版图设计

4.2.2 LO 缓冲器的版图设计

4.2.3 IF 缓冲器的版图设计

4.2.4 上变频混频器的整体版图

第五章 仿真和测试结果及分析

5.1 Gilbert 单元的仿真结果及分析

5.1.1 仿真方法

5.1.2 增益分析

5.1.3 线性度分析

5.1.4 噪声分析

5.2 上变频混频器的仿真结果及分析

5.2.1 上变频混频器的基本功能验证

5.2.2 增益的仿真结果

5.2.3 线性度的仿真结果

5.2.4 噪声系数的仿真结果

5.2.5 上变频混频器仿真结果小结

5.3 芯片的测试结果与分析

5.3.1 芯片测试系统

5.3.2 测试结果和分析

总结和展望

致谢

参考文献

附录

研究生期间发表的论文

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].毫米波上变频混频器芯片设计[D]. 宋佳敏.电子科技大学2015
• [2].混频器矢量校准算法的研究与实现[D]. 陈楠.电子科技大学2017
• [3].外界因素对空间光混频器混频效率影响分析[D]. 马婷婷.长春理工大学2017
• [4].多模多标准系统中混频器电路的设计[D]. 周超.东南大学2015
• [5].基于180nmCMOS工艺的混频器研究与设计[D]. 张妮.西安电子科技大学2016
• [6].应用于60GHz收发机正交上混频器的设计[D]. 郑舟.东南大学2016
• [7].低功耗高线性度下混频器的研究与设计[D]. 曹小阳.湖南大学2013
• [8].基于0.13um CMOS工艺的800MHz~2500MHz宽带低中频上混频器的设计[D]. 刘文甲.华中科技大学2012
• [9].0.18um CMOS工艺下分别应用于高性能和低功耗的混频器的设计[D]. 孙玉香.复旦大学2012
• [10].S波段镜频抑制混频器小型化的研究[D]. 苗晓峰.山西大学2011

相关论文

• [1].2.4GHz CMOS混频器的设计与仿真[D]. 吴明明.哈尔滨工业大学2006
• [2].超宽带系统中CMOS直接下变频混频器的设计和研究[D]. 刘乾坤.西安电子科技大学2007
• [3].射频有源正交混频器的设计[D]. 薛茹燕.上海交通大学2007
• [4].基于0.18μm硅射频CMOS工艺5.8GHz混频器设计[D]. 王显超.西北工业大学2007
• [5].无源器件对混频器镜像抑制影响的研究与应用[D]. 强铨一.东南大学2005
• [6].低电压CMOS混频器的设计[D]. 梁洪波.安徽大学2007
• [7].CMOS射频超宽带混频器的研究[D]. 董怀玉.西安理工大学2005
• [8].CMOS低电压高性能混频器的设计[D]. 洪琪.安徽大学2005
• [9].应用于3G的射频CMOS混频器设计[D]. 褚蒙.西安理工大学2005
• [10].CMOS RF线性混频器的设计[D]. 杨德俊.电子科技大学2006

标签：二次变频论文;  上变频混频器论文;  单元论文;  线性度论文;