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在高速率通信需求的推动下,无线通信技术呈现出向毫米波发展的趋势,D波段(110～170GHz)具有未被开发应用的超宽频带,对于当前高速无线通信更是具有非常大的吸引力。加之,当前人们对高速率、低功耗、低成本的通信方案需求越来越迫切,如何采用成本低廉、集成度高的CMOS工艺实现高性能的毫米波产品,已成为毫米波集成电路系统研究的热点之一,因而,设计低功耗高性能的CMOS接收机对于高速通信的发展具有重要的意义。首先,本文简要介绍了课题的研究背景与意义,分析了国内外W波段(75～110GHz)、D波段CMOS接收机的研究进展,并对低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)和混频器(Mixer)电路的几种常用结构和技术存在的优缺点进行了总结分析。基于以上工作,本文采用65nm CMOS工艺设计的140GHz宽带接收机芯片,重点研究探讨了接收机前端电路中LNA和Mixer两个关键模块。主要工作内容如下:(1)分析总结了 CMOS电路设计中常用的有源晶体管以及微带电感、片上巴伦、变压器等常用无源元件在毫米波频段的特性,并总结出各类无源元件的设计规则。(2)采用变压器耦合的方式,设计了一个120～150GHz的五级全差分低噪声放大器。分析了电路设计过程中用到的最小噪声匹配、最大增益匹配以及提高电路稳定性的方法,该电路通过MOS电容中和技术来提高电路在毫米波段的增益以及稳定性,并采用分布式的中心频率阻抗匹配方法,在扩展带宽的同时调整电路在整个频段内无条件稳定。仿真显示,LNA在120～150GHz通频段内增益大于20dB,噪声小于7dB,电源电压1.2V时,直流功耗79mW。(3)采用吉尔伯特结构设计了一个D波段下变频混频器,通过弱反型偏置技术来降低功耗,在低本振功率驱动下实现了高增益指标要求,电路设计中采用平衡性高、具有宽带特性的带补偿线Marchand巴伦来达到带宽要求。仿真显示,本振功率为OdBm时,Mixer在110～170GHz频段内实现了 3～4dB的转换增益,端口隔离度大于30dB,静态工作电流3.4mA。(4)基于以上两个电路,分别设计了由LNA和Mixer集成的完整接收机芯片以及由一截微带短线直接连接LNA和Mixer的接收机芯片,在120～150GHz内仿真增益分别为22～24dB、20.3～24dB,噪声均小于10dB,总直流功耗83mW。本文设计的140GHz接收机芯片,包括低噪声放大器和混频器两个电路,均采用65nm CMOS工艺实现,采用的电路仿真及设计软件是ADS和Cadence。与近几年国内外同类电路相比,该接收机芯片实现了宽带高增益指标。本文为100GHz以上高性能CMOS电路的设计方法提供了一定的借鉴思路,证实CMOS接收机有望在未来的D波段通信系统中得到应用。