可重构混频器和高频宽带混频器设计与实现

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随着移动通信的不断发展,开发低成本、低功耗和高集成度的CMOS射频接收机芯片成为研究热点,其中,混频器作为射频接收机前端变频的关键模块,对接收机的性能有着极其重要的影响。本文设计了两款应用于不同系统的低压折叠式混频器。   移动通信发展的一个重要趋势是单个通信终端需要兼容多种通信标准。超宽带(UWB)系统广泛应用于高速短距离无线通信中,它具有功耗低、系统复杂度低、定位精度高等优点;而IMT-Advanced系统支持宽范围的数据传输速率,能够提供高质量的移动服务,是未来主要的远距离通信标准。两种通信标准各有优势,都有着巨大的发展潜力,实现两者的集成有着重大的实用价值和应用前景。因此,本文设计了一款双模可重构混频器,实现在IMT-Advanced(3.4~3.6GHz)和UWB(4.2~4.8GHz)两个频带的双模切换。该款混频器采用折叠式吉尔伯特结构,以适应低电压(1.2V)工作,同时加入开关选频网络,通过调节外加的控制电压控制开关通断,实现双模式调谐工作,使电路同时在两个频段达到最优的性能。为了补偿工艺的偏差,加入了可变电容,实现谐振点的微调。由于系统对线性度的要求较高,该款混频器采用了伪差分结构来提高混频器的IIP3。双模可重构混频器采用TSMC0.13μmRFCMOS工艺设计,在片测试结果表明,在1.2V的电源电压下,该混频器在两个频段都有较高的IIP3(6dBm)和较低的功耗(4.8mW)。   现行的通信标准几乎都采用6GHz以下的频段,在6~15GHz频段内,还有相当大一部分可用于移动通信的频段未被开发。对此频段无线通信系统的研究开发可为大容量、低速率无线通信提供一种可行的技术方案,缓解目前6GHz以下频段的拥挤问题。因此,本文设计了一款基于吉尔伯特结构的混频器,可以工作在6~15GHz的高频宽带范围内,实现宽带的混频功能。为了适应1.2V的低电压工作,该款混频器采用折叠式结构,这一方面减少了堆叠的晶体管数,另一方面,分离了跨导级和开关级,使得两者可以独立偏置,减少了设计难度。该混频器的LC谐振电路采用高自谐振频率的电感,提高了混频器工作的频率。高频宽带混频器同样采用TSMC0.13μmRFCMOS工艺设计,在片测试结果表明,在1.2V的电源电压下,该混频器的噪声系数为9.8dB,功率增益大于0dB,同时拥有较低的功耗,约为4.7mW。
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