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随着科学技术的不断变革,数据通信改变了人类的交互方式。毫米波频谱资源丰富,可应用于大数据通量的高速无线通信系统。先进的硅基工艺成本较低是实现高集成度系统的基石。作为发射机中的关键器件,上变频混频器实现了基带信号的频谱搬移,其性能制约着数据通信质量,因此设计高增益、高线性度及高镜像抑制的上变频混频器具有重要的意义。同时,毫米波频段无源器件损耗大、有源器件本征增益低,使得上变频混频器设计极具挑战。文中通过对D波段上变频混频器的研究,基于65nm CMOS工艺设计了两款上变频混频器,其中包括一款带有负阻电流注入结构和中频放大器的吉尔伯特混频器及一款带有差分正交耦合器和变压器信号合成器的正交混频器。本文的主要研究内容及贡献如下:(1)详细分析了吉尔伯特结构的小信号模型,在考虑本振信号的上升和下降时间及相位误差后,对模型进行修正求解获得更精确的转换增益、噪声系数和线性度公式。为了提升混频器的增益,在跨导级输出端口加入负阻电流注入结构,解决了吉尔伯特结构的跨导级和开关级共电流偏置条件下要求开关管尺寸小但要求跨导管尺寸大的矛盾。为了实现中频端口的宽带匹配和自偏置,在跨导级输入端口加入带电阻反馈的中频放大器。通过对以上结构中小信号模型的分析和仿真,结果表明改进后的结构增益有提升噪声有削减,并且在本振功率为1d Bm时线性度也会有所改善。(2)以上述理论分析为依据,以提升混频器的增益和线性度为目标,设计了一款带有负阻电流注入结构和中频放大器的吉尔伯特混频器。为了将本振和射频端口的单端信号转换为差分信号,设计了巴伦,并结合传输线电感完成了射频和本振端口的阻抗匹配。后仿结果表明最大电压转换增益8d B,3d B增益带宽13GHz,输出1d B压缩点-6d Bm,输入三阶交调点-5.5d Bm,LO-RF隔离度大于40 d B。包含所有PAD后芯片尺寸为480×310μm2。(3)以实现镜像抑制为目标,设计了一款上变频正交混频器。在本振端口设计了一个D波段差分正交耦合器,实现了4路相位差为90°的信号输出,140GHz时幅度平衡度低于0.7d B,相位平衡度低于1度,在输入本振信号为140GHz时可实现31.4d B的镜像抑制度。在RF端口设计了一个信号合成器,实现了两路差分信号的合成并转换为单端形式。后仿结果表明最大转换增益16d B,输出1d B压缩点-13.4d Bm,输入三阶交调点-5.5d Bm,LO-RF隔离度大于30 d B。包含所有PAD后芯片尺寸为600×400μm2。