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《杭州电子科技大学》 2011年
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基于CMOS工艺射频前端混频器研究

高俊君  
【摘要】:近年来,在市场竞争日趋激烈地推动下,无线通信设备不断朝着低成本、低功耗、小型化、多功能、多标准的方向发展。高集成度,低成本的硅CMOS技术和高集成度的射频接收机结构是实现这一发展方向的有效途径。在这种情况下,零中频接收机和低中频接收机因具有高集成度而得到广泛的应用。混频器是接收机中的一个关键模块,设计一个高性能的混频器尤为重要。因此,论文首先对高增益高线性度CMOS偶次谐波混频器进行了研究。 UWB系统具有高比特率、低功耗和低成本的性能,它已经成为了无线个人区域网络(WPAN)的新兴技术。从WPAN的趋势来看,UWB的使用让人们的生活变得更加方便。再者,目前射频技术不断发展以满足宽频带的应用,为此本文又设计了应用于UWB系统的3-5GHz宽带混频器。 论文首先介绍了射频集成电路以及CMOS混频器的研究现状,描述了目前低成本、高集成度、低功耗、高性能的发展趋势,接着简要分析了目前比较常用的几种接收机结构:超外差接收机、零中频接收机、镜像抑制接收机、低中频接收机,并比较了这几种接收机的优缺点。 混频器是接收机中的一个核心模块,其性能的好坏直接影响了整个系统的性能。设计一个具有较好性能的混频器就是本文的目的所在。文中概述了混频器的原理,在接收机中,混频器的作用是将射频信号与本振信号进行混频,下变频到后继模块较好处理的中频信号。按照不同的标准,可以将混频器分成不同的种类,但是不管如何,混频器的性能指标大致相同,主要包括转换增益、线性度、噪声系数等。通过对各性能指标的分析可知,混频器的设计要折中考虑增益、噪声和线性度,而电流注入技术可以改善混频器性能参数之间相互制约的关系。在众多的性能指标中,线性度是比较重要的一个,因此本文着重对线性度进行了分析,包括非线性问题产生的原因以及优化技术,都进行了详细描述。 本文设计了一种偶次谐波混频器,采用倍频电路来利用偶次谐波作为混频器的本振信号,采用电流复用结构作为射频输入级来提高混频器的转换增益和线性度,在射频输入级和本振输入级之间插入一个电感来进一步提高混频器的线性度,因此所设计的混频器具有高增益高线性度的特点。在此基础上,本文还做了进一步改进,将射频级和本振级之间的大电感替换成LC谐振电路,对电路性能有了一定程度的提高,同时,减小了版图面积,降低了成本。 本文还尝试设计了3-5GHz的宽带混频器,采用了折叠混频器结构,降低了对电源电压的要求,使跨导级和开关级更好地工作在饱和区,同时跨导级采用了前馈电路技术,消除了三阶失真,提高了线性度,所设计的混频器同样具有高线性度的特点。本文所设计的混频器均采用SMIC 0.18μm CMOS RF工艺库实现,使用ADS进行仿真,Virtuoso完成版图设计。
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN773

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【参考文献】
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