论文部分内容阅读
无线通信系统的飞速发展使得射频芯片呈现出多频多模、宽带和高频段的技术特征和应用趋势。CMOS工艺由于具有高集成度、低成本、低功耗的优点而逐渐成为射频芯片的主流工艺。射频接收前端电路是射频收发机的关键模块,其性能指标直接影响着接收机的整体性能,电路设计也极具挑战性。
本论文旨在研究应用于新型无线通信系统射频收发机中的CMOS射频接收前端电路,针对我国单载波超宽带(SC-UWB)无线通信、第三代及第四代移动通信和60GHz频段无线个域网(WPAN)标准与技术,开展了无线收发机CMOS射频接收前端电路的设计与实现,取得如下创新性成果:
1.采用0.18umCMOS工艺设计并实现了一款应用于SC-UWB射频收发机的射频接收前端电路。该接收前端采用零中频架构,包括低噪声放大器、混频器等模块,射频工作频段为7.1～8.1GHz,中频带宽为264MHz。在高增益和低增益模式下测量的转换增益为42dB和22dB,双边带噪声因子为4.7dB,在1.8V电源电压下功耗65mW,测试结果满足系统设计指标的要求。
2.采用0.18umCMOS工艺设计并实现了一款应用于TD-SCDMA/LTE/LTE-Advanced移动通信终端收发机的多频多模射频接收前端电路。电路覆盖了1880～1920MHz、2010～2025MHz、2300～2400MHz以及3400～3600MHz四个射频频段,具有三种增益模式。测量得最大转换增益为44dB,双边带噪声系数低于3.5dB,在1.8V电源电压下功耗为56mW,测试结果满足系统设计指标的要求。
3.采用90nmCMOS工艺设计了～款应用于60GHz频段WPAN系统的射频接收前端电路。该电路采用直接变频结构,将59-64GHz的射频信号下变频为5-10GHz的中频信号。后仿真得到的射频接收前端转换增益为17.5dB,双边带噪声因子为6.4dB,在1.2V电源电压下功耗为38.4mW。
4.针对源极电感负反馈结构LNA,首次给出了该类型LNA中输入匹配带宽关于栅源电容、工作频率及匹配目标值的表达式;并且考虑到栅极片上电感、键合电感及其偏差,提出了该结构LNA在增益、功耗、输入匹配约束下的噪声因子优化策略。
5.提出了一种新型多频段、多模式射频接收前端电路方案。采用独立可调谐的多个低噪声放大器覆盖了多个频段,在较低的功耗下实现较好的增益和噪声性能指标:利用驱动级晶体管实现了低噪声放大器结合,避免了信号路径上使用开关带来的损耗;利用开关电容阵列来调节低噪声放大器的谐振频率点,能够谐振频点的微调和消除射频寄生提取误差,增大LNA增益的带内平坦性。