射频低压Gilbert混频电路的研究

论文摘要

通信技术的飞速发展,人们已经在享受通信给我们带来的优越性,但同时人类对高性能大容量通信系统的需求也越来越大。在这种需求的拉动下,射频与通信集成电路的研究已经成为热门。在市场需求的拉动下,通信系统对RFIC的要求也越来越来高,要求它们具备低功耗、多功能、低成本等特点,RFIC技术终究会沿着和数字IC一样的道路采用CMOS技术来实现。而混频器就是RFIC研究中至关重要的一个模块,本文就是针对射频通信系统中的混频器模块来展开研究的。本文首先介绍了混频器的基本原理、分类,分析了混频器的增益、噪声系数、1dB压缩点等性能参数,分析了射频模式下的RF无源器件模型。然后设计了Gilbert单元的CMOS混频电路,包括混频器的偏置、负载和LO本振电路。设计一种折叠结构的跨导级电路和LC尾部谐振电路来实现低电压混频功能。其次基于TSMC0.18μm RF CMOS工艺模型对设计好的混频及本振电路的各项主要性能参数在2.5GHz频率下进行了模拟仿真,经过反复优化在各项指标间折衷。在低电压低功耗的条件下预计设计指标如下:增益为10dB ,1dB压缩点为-1dBm,噪声系数为40dB,端口隔离度为60dBm,供电电压为1V,功耗为20mW。最后对一个分立的混频器芯片进行了外部电路设计,分别设计了在900MHz和2.5GHz两个频段的外围电路,利用网络分析仪对该电路进行分析,得到了较好的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 射频的概念
• 1.3 射频发射机电路结构
• 1.4 射频集成电路（RFIC）的研究现状
• 1.5 论文的主要内容
• 2 混频器的概述及特性
• 2.1 混频器的概述
• 2.1.1 混频器的基本原理
• 2.1.2 非线性器件相乘得到的混频器
• 2.2 混频器的分类
• 2.2.1 无源混频器
• 2.2.2 有源混频器
• 2.3 Gilbert CMOS 混频器的工作原理及主要性能指标
• 2.3.1 变频增益
• 2.3.2 噪声系数
• 2.3.3 非线性效应
• 2.3.4 端口隔离度
• 2.3.5 输入输出端阻抗匹配
• 2.4 低电压混频器尾部结构的实现
• 2.5 本章小结
• 3 Si CMOS 工艺无源器件 RF 模型
• 3.1 电阻
• 3.2 电容
• 3.3 平面螺旋集成电感
• 3.4 微带传输线
• 3.4.1 微带线及其特性参数
• 3.4.2 微带线的尺寸设计
• 3.4.3 微带线的损耗
• 3.4.4 微带厚度对微波性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 Gilbert CMOS 混频器设计与仿真
• 4.1 Gilbert 单元混频器电路设计
• 4.2 直流偏置电路设计
• 4.3 LO 本振电路设计
• 4.4 混频器1V 低电压的实现
• 4.5 混频器总体电路设计及结果仿真优化
• 4.5.1 混频器变频增益仿真及优化
• 4.5.2 混频器噪声与本振功率关系仿真及优化
• 4.5.3 混频器线性度仿真及优化
• 4.6 S 参数及系统级仿真
• 4.7 本章小结
• 5 混频器测试电路设计
• 5.1 高频PCB 版图应注意的问题
• 5.1.1 传输线效应的对策
• 5.2 PCB 版图输入输出电路的设计
• 5.2.1 Max2682 芯片特性
• 5.2.2 Max2682 芯片的集成匹配电路设计
• 5.3 电路的加工测试与分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 在攻读硕士期间发表的论文
• B. 传输线尺寸和阻抗编程代码