應(yīng)用于超寬帶系統(tǒng)的射頻發(fā)射前端的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、本文概述了超寬帶技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，通過與其它短距離無(wú)線通信技術(shù)的對(duì)比，展現(xiàn)了超寬帶通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。通過分析現(xiàn)有超寬帶發(fā)射機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、主要的性能指標(biāo)以及設(shè)計(jì)過程中可能存在的問題，確定了本文發(fā)射前端芯片采用零中頻結(jié)構(gòu)。它由三部分組成，低通濾波器(LPF)、上混頻器(Mixer)以及驅(qū)動(dòng)放大器(DA)。其中低通濾波器采用簡(jiǎn)單的三階RC濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的過程中，采用自項(xiàng)向下的設(shè)計(jì)方法，首先明確了整體芯片的性能指標(biāo)，然后將指標(biāo)分配到每

2、一個(gè)單元模塊。為了便于調(diào)試及驗(yàn)證整體芯片的性能，驅(qū)動(dòng)放大器進(jìn)行了單獨(dú)流片。
　　上混頻器的主要任務(wù)是完成變頻功能，是發(fā)射鏈路中重要的模塊之一。根據(jù)指標(biāo)的要求，確定上混頻器采用全差分方式的I/Q正交調(diào)制結(jié)構(gòu)。它包括兩個(gè)雙平衡Gilbert結(jié)構(gòu)混頻器，并使用帶中心抽頭的差分電感作做為負(fù)載。電感負(fù)載可以擴(kuò)展混頻器的帶寬，提供較好的寬帶性能。電感值的確定需要考慮后級(jí)驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端電容及走線寄生電容的大小，并將其諧振頻率設(shè)置在所需要的工

3、作頻段上。
　　本文采用全差分的Cascode形式驅(qū)動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)，為了與接收機(jī)較好的配合，功率增益設(shè)置為可調(diào)節(jié)模式。通過控制不同的偏置電流，可以產(chǎn)生16檔的功率增益。驅(qū)動(dòng)放大器的線性度是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，尤其是輸出1dB壓縮點(diǎn)指標(biāo)，在1.2V低電壓供電條件下，需要盡可能的減少晶體管的層數(shù)以獲得更大的輸出擺幅。由于本文所設(shè)計(jì)的芯片需要進(jìn)行PCB板級(jí)鍵合測(cè)試，文章詳細(xì)討論了驅(qū)動(dòng)放大器輸出端匹配的方法，通過ADS與Cadence將芯片與P

4、CB板進(jìn)行聯(lián)合仿真優(yōu)化輸出匹配的性能。
　　本文所設(shè)計(jì)的超寬帶發(fā)射前端芯片采用TSMC0.13μm CMOS工藝。整個(gè)芯片版圖的面積為1.084×0.795mm2。整個(gè)芯片在PCB板上完成驗(yàn)證測(cè)試。測(cè)試得到的輸出1dB壓縮點(diǎn)為-5.7dBm@6.8GHz，略低于指標(biāo)要求，一個(gè)主要的原因是PCB板的輸出匹配部分還需要進(jìn)一步的完善。輸出三截點(diǎn)(OIP3)為8.42dBm@6.71GHz，輸入三階截點(diǎn)為2.64dBm@6.71GHz。最