如今,无线通信技术已渗透到世界的每个角落,深刻地影响着社会的各个领域,出于对高速率低时延通信的需求,通信技术发展的方向从不断枯竭的低频段转变为更高的频段,比如毫米波。同时,对于成本、功耗、性能、集成度的综合考量,让CMOS工艺成为研究热点。下变频混频器是通信系统接收链路的重要组成部分,信号频率变换的好坏与否对整个系统性能有着很大的影响,因此深入研究CMOS工艺下毫米波频段的下变频混频器有着重要意义。首先,本文阐述了课题的研究背景以及国内外对于毫米波下变频混频器的研究成果。对电路设计中需要使用的CMOS工艺、有源器件和无源器件进行了介绍,并对混频器的基本理论、拓扑结构和性能指标进行了分析。然后,基于以上的工作,本文使用65-nm CMOS工艺设计了两款工作在毫米波频段的下变频混频器。为了覆盖国内研究5G毫米波通信的主要频段,第一款混频器使用了具有宽带特性的Marchand巴伦用于实现宽带匹配,并对巴伦进行了等效电路分析。该混频器使用修改的吉尔伯特结构和弱反型偏置技术,实现了低电压低功耗,并在输出端使用跨阻放大器提高转换增益。测试结果表明,混频器的3d B带宽为20～55GHz,IF频率2GHz时该混频器转换增益为-0.37～2.41d B,电路所需的LO功率为-3d Bm,直流功耗为7.48m W,芯片总面积为0.25mm~2。为了进一步优化噪声性能设计了一款工作频率为35～45GHz的下变频混频器。混频器使用吉尔伯特结构,级间串联谐振电感的引入减小了晶体管寄生电容的影响,优化了噪声系数和转换增益。电路还使用了电流复用跨导级和电流注入结构进一步提高噪声和转换增益性能。此外,与上个设计不同,使用变压器巴伦减少了偏置网络的使用并得到了较好的匹配效果。后仿结果表明,混频器的噪声系数为8.3～9.2d B,IF频率6GHz时转换增益为-3.3～-2.3d B,直流功耗为16.9m W,版图总面积为0.23mm~2。本文设计的两款下变频混频器一款实现了宽带和较低的功耗,另一款实现了较低的噪声,并且都具有小的芯片或者版图面积,对之后在毫米波频段的混频器设计具有一定的参考意义。