SiGe BiCMOS工艺Ku波段低噪声放大器和混频器RFIC设计

论文摘要

随着设计水平和应用要求的不断提高，无线通信系统向着小型化和集成化方向发展。片上系统（System on Chip,SoC）成为业界焦点。近年来，SiGe BiCMOS片上系统的全集成设计已成为国内外学术界和工业界研究的热点。基于Ku波段的数字电视卫星广播（DVB-S）地面接收机，本文研究了工作频率在12.25GHz—12.75GHz的射频前端单元电路低噪声放大器（LNA）和有源双平衡混频器（active double-balance Mixer），并在此基础上采用JAZZ 0.35μm SiGeBiCMOS工艺实现了流片，为以后实现Ku波段DVB-S接收系统的单片化集成做好技术储备。本文先介绍了SiGe BiCMOS射频集成电路的发展背景及其国内外动态，然后简单介绍了JAZZ 0.35μm SiGe BiCMOS工艺元件以及元件模型与电路设计的关系，再分别详细论述了低噪声放大器和有源双平衡混频器的基本设计原理和具体设计过程，其中包括指标的确定、电路的仿真和版图的优化设计。最后对所做的设计工作做一个总结。所设计的低噪声放大器在12.25GHz—12.75GHz宽频带内实现了3.75dB～3.9dB的噪声系数和15dB的平坦增益，输入输出匹配S11、S22优于-10dB，而功耗仅为19.2mW，面积为0.7×0.7m2。所设计的混频器在12.25GHz-12.75GHz宽频带内仅以36mW功耗和0.9×0.9m2的芯片面积实现了低于6.5dB的超低双边带噪声系数，大于8dB的增益，IIP3为-5.1dBm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微波/射频集成电路的发展及应用前景
• 1.2 国内外动态
• 1.2.1 国外动态
• 1.2.2 国内动态
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 JAZZ 0.35μm SiGe BiCMOS工艺元件简介
• 2.1 元件模型与电路设计的关系
• 2.2 SiGe HBT
• 2.3 RF CMOS
• 2.3 电阻
• 2.4 MIM电容
• 2.5 电感
• 第三章 射频低噪声放大器设计
• 3.1 射频的概念
• 3.2 射频集成电路设计流程
• 3.3 集成低噪声放大器当前研究水平
• 3.4 低噪声放大器设计基本理论
• 3.4.1 散射参数
• 3.4.2 噪声
• 3.4.3 增益
• 3.4.4 稳定性
• 3.4.5 线性度与大信号性能
• 3.5 低噪声放大器电路设计
• 3.5.1 电路拓扑结构的选择
• 3.5.2 设计指标
• 3.5.3 完整LNA电路结构图
• 3.5.4 输入级晶体管的设计
• 3.5.6 偏置电路的设计
• 3.5.7 共栅级及负载设计
• 3.5.8 稳定性的考虑
• 3.6 低噪声放大器版图设计
• 3.7 版图寄生参数提取及后仿真
• 第四章 双平衡有源混频器设计
• 4.1 射频混频技术
• 4.1.1 混频器概述
• 4.1.2 混频器的基本原理
• 4.1.3 混频器的技术指标
• 4.1.3.1 转换增益
• 4.1.3.2 噪声因子（噪声系数）
• 4.1.3.3 线性度
• 4.1.3.4 输入输出阻抗
• 4.1.3.5 端口间隔离度
• 4.2 当前集成混频器研究水平
• 4.3 双平衡有源混频器性能分析
• 4.3.1 电路拓扑结构选择
• 4.3.2 双平衡有源混频器转换增益分析
• 4.3.3 双平衡有源混频器噪声分析
• 4.3.4 双平衡有源混频器线性度分析
• 4.4 双平衡有源混频器电路设计
• 4.4.1 设计指标
• 4.4.2 完整混频器电路结构图
• 4.4.3 跨导级的设计
• 4.4.4 并联LC谐振槽的设计
• 4.4.5 开关级的设计
• 4.4.6 负载电路的设计
• 4.4.7 偏置电路的设计
• 4.4.8 输出缓冲器的设计
• 4.5 双平衡有源混频器版图的设计
• 4.6 版图寄生参数提取及后仿真
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 研究成果