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，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)展機遇。低成本、高性能的數(shù)字廣播接收機是推廣數(shù)字廣播的關(guān)鍵所在。
　　本文研究了能夠同時兼容DRM和DAB兩種

2、標(biāo)準(zhǔn)的集成電路接收機系統(tǒng)。在系統(tǒng)和電路設(shè)計上做出了如下創(chuàng)新性研究工作:
　　1)進行了DRM/DAB接收機的系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過分析、比較各類無線射頻接收機結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，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。然后，根據(jù)DRM/DAB標(biāo)準(zhǔn)以及系統(tǒng)指標(biāo)規(guī)劃方法，提出了接收機的噪聲、帶寬、線性度以及鏡像抑制比等指標(biāo)。最后，對接收機各個子模塊的具體參數(shù)指標(biāo)進行了分配。
　　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)計過程。電路采用中芯國際(SMIC)0.18-μm Radio Frequency(RF) CMOS工藝實現(xiàn)后進行了測試驗證。測試結(jié)果證實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(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;給出了低電壓，高ⅡP2電流鏡混頻器的原理和電路實現(xiàn)方法，并且給出了詳細(xì)的設(shè)計過程，包括低電壓跨導(dǎo)級和低電壓開關(guān)級設(shè)計和開關(guān)級的線性度分析。芯片采用SMIC0.18-μm RF CMOS工藝實現(xiàn)。測試結(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。其中帶寬遠超過系統(tǒng)要求，驗證了采用電流復(fù)用和電流注入技術(shù)的輸入級以及新型的開關(guān)級技術(shù)的有效性。
　　4)提出了新型的基于信號求和可變增益放大器的第一中頻

5、寬帶可編程增益放大器。分析了各種可變增益放大器(VGA)和可編程增益放大器(PGA)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，討論了PGA的設(shè)計指標(biāo)，并提出了一種新型的基于信號求和結(jié)構(gòu)VGA的PGA。不同于傳統(tǒng)的通過改變偏置電壓來調(diào)整電流分配比例的方式，本設(shè)計通過開關(guān)控制晶體管的尺寸比例來精確地按比例控制電流分配，實現(xiàn)了精確的6dB增益步長。為了實現(xiàn)精確的絕對增益，本設(shè)計還采用了恒跨導(dǎo)偏置技術(shù)，得到了與負(fù)載電阻成反比的輸入跨導(dǎo)，實現(xiàn)了與工藝、電壓和溫度無關(guān)的增益。

6、同時，為了保證低增益情況下的線性度，本設(shè)計還采用了源極退化技術(shù)。所設(shè)計的集成電路采用中芯國際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實現(xiàn)后進行了在片測試。測試結(jié)果驗證了上述技術(shù)的可行性。
　　5)對有源復(fù)數(shù)濾波器進行了研究和設(shè)計。介紹了基本的濾波器類型，并根據(jù)本設(shè)計對帶內(nèi)增益平坦度的要求，選擇了切比雪夫濾波器。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、簡單有效的跳步(Leapfrog)結(jié)構(gòu)。在比較Phase-locked

7、 Loop(PLL)法和充電時間常數(shù)法兩種常見的間接頻率校準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，提出了簡單有效的充電時間常數(shù)法校準(zhǔn)電路，并給出了工作流程圖。所設(shè)計的集成電路采用中芯國際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實現(xiàn)后進行了在片測試，測試結(jié)果驗證了上述技術(shù)的可行性。
　　6)對直流失調(diào)消除電路和自動增益控制電路的進行了詳細(xì)的理論分析和電路設(shè)計。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)簡單、輸出失調(diào)利于控制的特點，但是對于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)計的ADCOC會成倍地增大PGA的噪聲;在傳輸函數(shù)方面，ADCOC對帶寬和增益精度兩個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)?；旌显O(shè)計技術(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的優(yōu)點，因此本設(shè)計最終采用DDCOC技術(shù)。給出了DDCOC的詳細(xì)方案和電路設(shè)計方法。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整流器和兩個低功耗的比較器。本設(shè)計的所有芯片均采用中芯國際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實現(xiàn)并進行了在片測試，測試結(jié)果驗證了上述技術(shù)的可行性。
　　7)介紹了接收通道