CMOS有源混頻器噪聲及射頻接收前端關鍵技術研究.pdf

1、伴隨無線通信市場的迅猛增長和集成電路技術的快速發(fā)展，射頻前端集成電路技術得到了廣泛深入的研究。設計者對于射頻前端電路優(yōu)越電學性能的無止境追求，也不斷驅使著相關設計技術的推陳出新，與時俱進。其中，直接變頻結構以結構簡潔，高度集成而受到研究者的大為推崇，被視為最有希望成為未來射頻集成收發(fā)前端的主導架構。不過，與性能上的優(yōu)越相伴隨的是技術上的挑戰(zhàn)。直到今天，業(yè)界圍繞著其直流失調、閃爍噪聲、本振泄漏等關鍵技術問題所展開的研究與探索從沒有間斷過。

2、另一方面，混頻器是射頻接收前端的核心模塊之一，其噪聲的周期時變特性使得相關分析變得十分復雜，也正是這個原因，其一直是射頻集成電路學科頗具挑戰(zhàn)性的研究課題。既有的相關噪聲分析模型已經不能有效提供在亞微米、高頻等當前實際應用場景下的混頻器電路設計指導?；诖?，如何開發(fā)出具有更廣泛適用性的混頻器噪聲解析模型顯得尤為迫切。
　　本文針對CMOS混頻器的噪聲特性及射頻接收前端的若干關鍵技術問題進行了研究，取得了一些有益的結論和成果，主要研究

3、工作和創(chuàng)新點如下：
　　1.提出亞微米CMOS有源混頻器噪聲模型：借助最新的基于亞微米物理機理的MOSFET器件I-V模型和器件噪聲模型，通過數值迭代來求解混頻器大信號 I-V方程，進而結合小信號推導得到包含溝道調制效應的混頻器各級噪聲轉換函數，最后得到包含亞域區(qū)導電效應，溝道調制等二級效應的噪聲解析模型。
　　2.提出包含記憶效應的CMOS有源混頻器噪聲分析方法：基于線性周期時變理論，推導得到包含記憶效應的混頻器噪聲轉移方

4、程。使用電路小信號分析方法，推導得到混頻器各級的周期時變轉移函數。包含尾電容記憶效應的混頻器電路各級噪聲源至輸出的噪聲變換系數得以數值求解，進而最終得到適用于高頻下的混頻器噪聲解析模型。以上兩個噪聲模型均為包含熱噪聲和閃爍噪聲的一元化解析式，可以應用于具有不同中頻特點的該型混頻器的噪聲設計優(yōu)化。雖然理論上兩者可以合二為一，但是出于解析式的簡潔直觀目的，文中分開進行論證。
　　3.提出本振失調下CMOS有源混頻器的轉換增益模型：通過

5、對電路的共源共柵小信號等效，推導出亞微米工藝條件下的包含器件輸出電阻效應的混頻器有效驅動級跨導解析式。在此基礎上，提出了本振信號存在各種幅度、相位失調情況下的混頻器轉換增益解析模型。
　　4.提出一種低噪放和混頻器融合結構的增益可調直接變頻射頻接收前端：采用折疊結構降低開關對的偏置電流取得良好的閃爍噪聲性能，同時兼有優(yōu)越的增益性能；通過共模與差模反饋來改善直流失調，穩(wěn)定中頻輸出；利用差分電路結構以及版圖優(yōu)化布局獲得高的二階交調指標