基于深亞微米CMOS工藝的多標(biāo)準(zhǔn)全波段數(shù)字廣播接收機(jī)RF芯片研究.pdf

1、以全球數(shù)字廣播(Digital Radio Mondiale，DRM)和數(shù)字音頻廣播(Digital AudioBroadcasting，DAB)為代表的數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)正在推動(dòng)音頻廣播從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變。數(shù)字廣播在提供更加優(yōu)質(zhì)音頻傳輸性能的同時(shí)，還能夠提供新的服務(wù)類型。因此，數(shù)字廣播的出現(xiàn)給正在衰落的傳統(tǒng)模擬廣播提供了新的發(fā)展機(jī)遇。低成本、高性能的數(shù)字廣播接收機(jī)是推廣數(shù)字廣播的關(guān)鍵所在。
　　本文研究了能夠同時(shí)兼容DRM和DAB兩種

2、標(biāo)準(zhǔn)的集成電路接收機(jī)系統(tǒng)。在系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)上做出了如下創(chuàng)新性研究工作:
　　1)進(jìn)行了DRM/DAB接收機(jī)的系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)分析、比較各類無(wú)線射頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了上邊注入、固定中頻的二次變頻、低中頻結(jié)構(gòu)的接收機(jī)。然后，根據(jù)DRM/DAB標(biāo)準(zhǔn)以及系統(tǒng)指標(biāo)規(guī)劃方法，提出了接收機(jī)的噪聲、帶寬、線性度以及鏡像抑制比等指標(biāo)。最后，對(duì)接收機(jī)各個(gè)子模塊的具體參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了分配。
　　2)提出了新型的具有寬帶和高線性度的電

3、容交叉耦合共柵低噪聲放大器。介紹了共柵低噪聲放大器的原理和設(shè)計(jì)方法;提出了柵極有源電感和導(dǎo)數(shù)疊加技術(shù)，有效地提高了低噪聲放大器的帶寬和線性度性能，并給出了電路設(shè)計(jì)過(guò)程。電路采用中芯國(guó)際(SMIC)0.18-μm Radio Frequency(RF) CMOS工藝實(shí)現(xiàn)后進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果證實(shí)了柵極有源電感和導(dǎo)數(shù)疊加技術(shù)的有效性。
　　3)提出了基于電流鏡結(jié)構(gòu)的新型低電壓、高二階輸入截點(diǎn)(ⅡP2)的寬帶混頻器。詳細(xì)分析了各類型

4、混頻器的優(yōu)缺點(diǎn);給出了低電壓，高ⅡP2電流鏡混頻器的原理和電路實(shí)現(xiàn)方法，并且給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括低電壓跨導(dǎo)級(jí)和低電壓開(kāi)關(guān)級(jí)設(shè)計(jì)和開(kāi)關(guān)級(jí)的線性度分析。芯片采用SMIC0.18-μm RF CMOS工藝實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果表明該電流鏡混頻器在1V電源電壓下仍能提供良好的噪聲和帶寬性能。其中帶寬遠(yuǎn)超過(guò)系統(tǒng)要求，驗(yàn)證了采用電流復(fù)用和電流注入技術(shù)的輸入級(jí)以及新型的開(kāi)關(guān)級(jí)技術(shù)的有效性。
　　4)提出了新型的基于信號(hào)求和可變?cè)鲆娣糯笃鞯牡谝恢蓄l

5、寬帶可編程增益放大器。分析了各種可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)和可編程增益放大器(PGA)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了PGA的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并提出了一種新型的基于信號(hào)求和結(jié)構(gòu)VGA的PGA。不同于傳統(tǒng)的通過(guò)改變偏置電壓來(lái)調(diào)整電流分配比例的方式，本設(shè)計(jì)通過(guò)開(kāi)關(guān)控制晶體管的尺寸比例來(lái)精確地按比例控制電流分配，實(shí)現(xiàn)了精確的6dB增益步長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)精確的絕對(duì)增益，本設(shè)計(jì)還采用了恒跨導(dǎo)偏置技術(shù)，得到了與負(fù)載電阻成反比的輸入跨導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了與工藝、電壓和溫度無(wú)關(guān)的增益。

6、同時(shí)，為了保證低增益情況下的線性度，本設(shè)計(jì)還采用了源極退化技術(shù)。所設(shè)計(jì)的集成電路采用中芯國(guó)際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)后進(jìn)行了在片測(cè)試。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了上述技術(shù)的可行性。
　　5)對(duì)有源復(fù)數(shù)濾波器進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。介紹了基本的濾波器類型，并根據(jù)本設(shè)計(jì)對(duì)帶內(nèi)增益平坦度的要求，選擇了切比雪夫?yàn)V波器。分析了不同類型的有源RC濾波器結(jié)構(gòu)，選擇了階數(shù)為3、簡(jiǎn)單有效的跳步(Leapfrog)結(jié)構(gòu)。在比較Phase-locked

7、 Loop(PLL)法和充電時(shí)間常數(shù)法兩種常見(jiàn)的間接頻率校準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，提出了簡(jiǎn)單有效的充電時(shí)間常數(shù)法校準(zhǔn)電路，并給出了工作流程圖。所設(shè)計(jì)的集成電路采用中芯國(guó)際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)后進(jìn)行了在片測(cè)試，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了上述技術(shù)的可行性。
　　6)對(duì)直流失調(diào)消除電路和自動(dòng)增益控制電路的進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和電路設(shè)計(jì)。在直流消除電路上，提供了模擬直流失調(diào)消除(ADCOC)和數(shù)字直流失調(diào)消除(DDCOC)兩種技術(shù)。A

8、DCOC技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出失調(diào)利于控制的特點(diǎn)，但是對(duì)于PGA的噪聲和傳輸函數(shù)都有著嚴(yán)重的影響。特別是在噪聲方面，不經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)的ADCOC會(huì)成倍地增大PGA的噪聲;在傳輸函數(shù)方面，ADCOC對(duì)帶寬和增益精度兩個(gè)方面都有著重要的影響。為此，本文提出了一種有效的優(yōu)化方法，同時(shí)增大失調(diào)反饋放大器的增益和失調(diào)電阻的值，在滿足直流增益小于0dB的情況，有效地降低了ADCOC電路的影響。盡管DDCOC需要數(shù)模混合設(shè)計(jì)技術(shù)，且方案較ADCOC更加復(fù)

9、雜，但是DDCOC具有功耗低、引入極低的噪聲貢獻(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)最終采用DDCOC技術(shù)。給出了DDCOC的詳細(xì)方案和電路設(shè)計(jì)方法。另外，基于傳統(tǒng)的模擬AGC和數(shù)字AGC技術(shù)提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗極低的數(shù)?；旌螦GC結(jié)構(gòu)。需要消耗額外功率的模塊僅僅包括一個(gè)整流器和兩個(gè)低功耗的比較器。本設(shè)計(jì)的所有芯片均采用中芯國(guó)際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行了在片測(cè)試，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了上述技術(shù)的可行性。
　　7)介紹了接收通道