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《西南交通大学》 2012年
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射频接收前端关键元器件及系统集成研究

肖华清  
【摘要】:射频微波领域坚实宽广、系统深入的研究不断推动射频接收机在国民经济的发展和人民物质生活水平的提高及国防、太空探测等方面发挥着其越来越独特的作用。射频接收机正向着低成本、低功耗、小型化、多功能、高性能、多模式方向高速发展,制作高性能单片集成接收机,零中频架构成为首选。数字电路日益成熟的背景下,射频部分设计的好坏将直接关系着整个系统的性能。本文对CMOS RFIC前端关键问题进行了研究。 首先,本文从实用螺旋电感绕型和结构参数出发,结合硅衬底螺旋电感(SIOS)的紧凑集总模型和三维全波电磁仿真软件,通过理论分析和仿真实验,采用分类与对比实例计算了平面方形、平面八边形、平面普通圆形、平面差分单层、平面差分双层等电感的电性能参数,归纳分析了导致电感性能低下的原因并在前人的工作基础上总结了设计在片电感应该遵循的原则。同样的方法,利用电路模拟结合3D-EM仿真,通过分类实验、仿真对比和理论分析的方法研究了射频MIM型电容敏感度的问题,获得了设计CMOSMIM电容应遵循的原则。 其次,搭建了Linux系统下的RFIC设计的动态链接实验仿真平台,使RFIC设计中间流程大为缩短,实验仿真更加可靠,对电路协同优化问题的效率提升尤为明显。RFIC的仿真设计流程通常分为前期和后期两部分。前期仿真通常使用射频电路设计软件来进行电路原理设计,其工作环境为Windows平台。后期仿真通常使用Cadence软件来进行版图生成和电路寄生参数的提取,其工作环境为Linux平台。由于二者的工作平台并不一致,从而导致了RFIC仿真设计全流程中的前后期数据交换以频繁的导出、转换、导入的方式来完成,而这种手动转换数据的方式操作起来并不方便,容易出现错误。在Linux环境下搭建前仿、后仿相互嵌套调用的动态链接实验仿真平台,非常有效的解决了前仿与后仿之间的沟通协调难题,并且也适用于微波领域电路实验仿真。基于台积电TSMCCM018RF工艺库,以传统Cascode结构的CMOS LNA和经过改进的CMOS LNA的电路设计为例,在此动态链接实验仿真平台上进行了对比研究与结果分析。实验结果表明,该平台对RFIC全流程设计的效率提升极为明显。 然后,基于系统组件的表格化实测数据,搭建了零中频接收机测试验证平台,解决了架构工程师进行系统总体、各成员子模块的性能规划问题,同时也解决了确认功能和性能的行为级仿真的可靠性问题。仿真采用的全部是实测数据,这为架构师准确的把握系统功能提供了研判依据,确保系统架构师能够在设计前期尽量真实的预测系统性能,同时也便于降低研发成本、实时调整系统架构。将电感和LNA的实验数据利用射频电路设计软件中的DAC组件导入仿真实验,测试结果曲线与表格化离散数据Excel生成曲线非常吻合。 最后,概括了本文在CMOS RFIC前端关键问题方面的研究成果,并展望了该研究的发展方向。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN851

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