基于CMOS工藝射頻前端混頻器研究.pdf

1、近年來,在市場競爭日趨激烈地推動(dòng)下,無線通信設(shè)備不斷朝著低成本、低功耗、小型化、多功能、多標(biāo)準(zhǔn)的方向發(fā)展。高集成度,低成本的硅CMOS技術(shù)和高集成度的射頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)這一發(fā)展方向的有效途徑。在這種情況下,零中頻接收機(jī)和低中頻接收機(jī)因具有高集成度而得到廣泛的應(yīng)用?；祛l器是接收機(jī)中的一個(gè)關(guān)鍵模塊,設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的混頻器尤為重要。因此,論文首先對(duì)高增益高線性度CMOS偶次諧波混頻器進(jìn)行了研究。
　　 UWB系統(tǒng)具有高比特率、低功耗

2、和低成本的性能,它已經(jīng)成為了無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)的新興技術(shù)。從WPAN的趨勢來看,UWB的使用讓人們的生活變得更加方便。再者,目前射頻技術(shù)不斷發(fā)展以滿足寬頻帶的應(yīng)用,為此本文又設(shè)計(jì)了應(yīng)用于UWB系統(tǒng)的3—5GHz寬帶混頻器。
　　 論文首先介紹了射頻集成電路以及CMOS混頻器的研究現(xiàn)狀,描述了目前低成本、高集成度、低功耗、高性能的發(fā)展趨勢,接著簡要分析了目前比較常用的幾種接收機(jī)結(jié)構(gòu):超外差接收機(jī)、零中頻接收機(jī)、鏡像抑制接

3、收機(jī)、低中頻接收機(jī),并比較了這幾種接收機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 混頻器是接收機(jī)中的一個(gè)核心模塊,其性能的好壞直接影響了整個(gè)系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)一個(gè)具有較好性能的混頻器就是本文的目的所在。文中概述了混頻器的原理,在接收機(jī)中,混頻器的作用是將射頻信號(hào)與本振信號(hào)進(jìn)行混頻,下變頻到后繼模塊較好處理的中頻信號(hào)。按照不同的標(biāo)準(zhǔn),可以將混頻器分成不同的種類,但是不管如何,混頻器的性能指標(biāo)大致相同,主要包括轉(zhuǎn)換增益、線性度、噪聲系數(shù)等。通過對(duì)各性能指標(biāo)的

4、分析可知,混頻器的設(shè)計(jì)要折中考慮增益、噪聲和線性度,而電流注入技術(shù)可以改善混頻器性能參數(shù)之間相互制約的關(guān)系。在眾多的性能指標(biāo)中,線性度是比較重要的一個(gè),因此本文著重對(duì)線性度進(jìn)行了分析,包括非線性問題產(chǎn)生的因?yàn)橐约皟?yōu)化技術(shù),都進(jìn)行了詳細(xì)描述。
　　 本文設(shè)計(jì)了一種偶次諧波混頻器,采用倍頻電路來利用偶次諧波作為混頻器的本振信號(hào),采用電流復(fù)用結(jié)構(gòu)作為射頻輸入級(jí)來提高混頻器的轉(zhuǎn)換增益和線性度,在射頻輸入級(jí)和本振輸入級(jí)之間插入一個(gè)電感來進(jìn)

5、一步提高混頻器的線性度,因此所設(shè)計(jì)的混頻器具有高增益高線性度的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,本文還做了進(jìn)一步改進(jìn),將射頻級(jí)和本振級(jí)之間的大電感替換成LC諧振電路,對(duì)電路性能有了一定程度的提高,同時(shí),減小了版圖面積,降低了成本。
　　 本文還嘗試設(shè)計(jì)了3-5GHz的寬帶混頻器,采用了折疊混頻器結(jié)構(gòu),降低了對(duì)電源電壓的要求,使跨導(dǎo)級(jí)和開關(guān)級(jí)更好地工作在飽和區(qū),同時(shí)跨導(dǎo)級(jí)采用了前饋電路技術(shù),消除了三階失真,提高了線性度,所設(shè)計(jì)的混頻器同樣具有高線