數字多媒體接收系統(tǒng)前端關鍵技術研究.pdf

1、第五媒體-數字多媒體廣播(Digital Multimedia Broadcast，DMB)由于能夠實時提供音視頻、文字和圖像數據等多媒體內容而成為信息科學領域發(fā)展最快的熱點之一。DMB接收系統(tǒng)包括天線、接收前端、基帶音視頻解碼器和加密系統(tǒng)，其中接受前端是實現微弱廣播信號接收到后端數字處理的關鍵。同時，低成本需求迫使多媒體接收前端芯片的設計由傳統(tǒng)的GaAs工藝轉向Si CMOS工藝。但CMOS工藝的發(fā)展主要針對數字電路優(yōu)化，且MOS器件

2、具有跨導低、噪聲大的劣勢。因此，為實現移動接收系統(tǒng)的射頻模擬前端，就有待于其物理基礎研究和關鍵技術的突破。
　　 為此，本論文基于國內DTMB和CMMB標準，重點針對多媒體接收前端各單元芯片IP物理設計和集成實現，重點開展集成電感建模、射頻LNA與VGA、模數AD/數模DA轉換器諸核心模塊的理論、架構研究與關鍵單元電路的設計。
　　 一、基于電磁場理論詳細分析了集成電感的鄰近效應、趨膚效應和襯底渦流損耗等高頻寄生效應形成

3、機理與分布特性，通過將部分元等效電路法合理簡化，推導出了電感Ⅰ-Ⅴ矩陣方程并給出串聯電阻Rs(f)和有效電感Ls(f)的求解表達式。對比仿真驗證了模型的計算精度與效率，仿真結果說明，低阻Si襯底是影響CMOSRFIC電路設計的嚴重制約因素。
　　 二、在分析現有結構優(yōu)缺點的基礎上設計了LNA和VGA電路并進行優(yōu)化仿真。其中，LNA在共柵共源結構基礎上加入的級間匹配電感使增益提高到18.2dB，而噪聲系數降至1.6dB; VGA電

4、路設計中采用有源負載代替電阻并引入密勒效應抑制器件來增大帶寬，構造了指數控制近似函數。結果表明，設計的VGA增益控制范圍大于60dB，在14dB～78dB范圍內隨DAC控制電流線性變化，誤差小于±1dB，滿足射頻下增益調整需要。VGA接以DAC輸出電流控制，省去電流-電壓轉換電路，精簡面積。
　　 三、系統(tǒng)地分析了分段電流舵結構誤差源與積分非線性INL的均值、方差等統(tǒng)計學參數，基于隨機理論的布朗運動過程對INL指標進行了建模，并

5、以成品率為考查手段對模型進行了驗證，給出了電流舵DAC設計時分段比的優(yōu)化建議。
　　 同時，提出了一種利用電阻正負溫度系數進行補償的高精度、高電源抑制比的帶隙基準電流源，改善了共柵共源單位電流源的輸出阻抗和輸出毛刺，通過限幅和提高交叉點設計了一種高速、低毛刺的開關驅動電路，按0.35μm Si CMOS工藝設計規(guī)則完成了DAC版圖設計。
　　 四、結合全并行Flash、流水線Pipeline、逐次逼近SAR A/D轉換器

6、結構的優(yōu)點，提出了新型分段多指針查找比較的模擬/數字轉換方案。該方案大大減少了比較器數目，且去掉了普通多步式ADC和流水線ADC結構中必需的MDACs和殘差放大模塊RAs，從而有效降低了功耗和面積；并分別針對ADC位數是否可均分兩種情況，優(yōu)化了查找算法，導出了最優(yōu)的級精度選擇方法。進而設計了3+3+4的分段多分搜索比較算法加流水線的混合模式ADC結構。
　　 經二階系統(tǒng)階躍響應分析和傳輸函數推導，提出了一種新型補償方法，并應用于

7、Folded-Cascode放大器的設計，使運放的建立時間由5.08ns縮短到3.89ns，減少了23.4％。
　　 五、基于高速高精度數模混合IC版圖設計原理，綜合考慮數字部分對模擬部分的干擾、工藝誤差分布、差分信號對稱性并結合實際工藝情況，應用地線屏蔽、數字/模擬電源分離及對稱匹配等布局布線技術，按照0.35μm2P5M Si CMOS工藝設計規(guī)則，完成了ADC整體版圖的設計，版圖實際尺寸1534μm×2172μm。進而用C