射頻集成電路中CMOS混頻器的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著無(wú)線通信系統(tǒng)和數(shù)字電視廣播的飛速發(fā)展,對(duì)射頻接收機(jī)前端的實(shí)現(xiàn)提出了越來(lái)越高的低成本,高集成度和高性能的要求。針對(duì)這樣的趨勢(shì),射頻設(shè)計(jì)工程師越來(lái)越多的利用低成本高產(chǎn)量的CMOS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)接收機(jī)前端,從而使得射頻和基帶數(shù)字電路的集成成為可能。
　　目前隨著深亞微米和超深亞微米CMOS工藝的發(fā)展,MOS管的截止頻率己經(jīng)達(dá)到幾十吉赫茲,特征頻率等表征射頻參數(shù)的指標(biāo)已經(jīng)能夠勝任當(dāng)前對(duì)射頻電路的要求。但與其他工藝相比,CMOS工藝存在跨導(dǎo)

2、小、頻率特性差和噪聲大等不足,因此設(shè)計(jì)出高性能的CMOS射頻電路已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　混頻器是接收機(jī)中的核心模塊,高性能混頻器的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高性能通信系統(tǒng)的關(guān)鍵,其性能直接影響接收機(jī)的靈敏度和選擇性。本課題中設(shè)計(jì)的混頻器應(yīng)用于數(shù)字有線電視調(diào)諧器中,該電路采用一次變頻架構(gòu),需要將接收到的數(shù)字電視信號(hào)(44.25MHz~863.25MHz)下變頻到固定的中頻(36MHz),并實(shí)現(xiàn)選頻的功能。由于要在這樣一個(gè)寬范圍頻帶內(nèi)使混頻器

3、的增益、線性度、噪聲系數(shù)等各項(xiàng)性能指標(biāo)同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求比較困難,所以把頻帶劃分為三個(gè)波段,并在各自波段分別設(shè)計(jì)混頻器,通過一定的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)在整個(gè)頻段內(nèi)的工作。
　　論文首先介紹了選題的背景,分析了國(guó)內(nèi)外近些年混頻器的研究現(xiàn)狀,給出了設(shè)計(jì)要求。
　　其次,對(duì)混頻器的工作原理進(jìn)行了分析,介紹了其分類情況,以及相關(guān)的重要指標(biāo):轉(zhuǎn)換增益、線性度、噪聲系數(shù)、隔離度等。由于混頻器的轉(zhuǎn)換增益、線性度、噪聲系數(shù)三個(gè)性能指標(biāo)是其設(shè)計(jì)過程中最重

4、要的指標(biāo),所以在第三章著重對(duì)本文所采用的Gilbert CMOS混頻器中這三個(gè)性能指標(biāo)的理論進(jìn)行了探討,給出了這些指標(biāo)目前的研究方法和理論模型,對(duì)具體電路設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo),以縮短設(shè)計(jì)周期。
　　再次,針對(duì)本課題的應(yīng)用背景,確定了CMOS混頻器的具體實(shí)現(xiàn)方案,完成了整個(gè)模塊的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該混頻器的實(shí)現(xiàn)方法如下:
　　1、采用多混頻器切換的方法實(shí)現(xiàn)寬頻率調(diào)諧范圍。將頻帶劃分為低波段、中波段和高波段,每個(gè)波段由一個(gè)混頻器覆蓋。三

5、個(gè)混頻器分別由使能信號(hào)控制,確保同一時(shí)刻只有一個(gè)混頻器處于工作狀態(tài)。該方案滿足調(diào)諧器一次變頻的系統(tǒng)架構(gòu)要求,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
　　2、單個(gè)混頻器選用經(jīng)典的Gilbert差分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它包含四級(jí)電路:(1)工作在高頻飽和狀態(tài)的互導(dǎo)級(jí)電路是射頻輸入端口,負(fù)責(zé)把輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào);(2)工作在開關(guān)狀態(tài)的兩對(duì)差分管構(gòu)成了開關(guān)級(jí)電路,對(duì)互導(dǎo)級(jí)電路形成的射頻電流信號(hào)進(jìn)行開關(guān)調(diào)制,實(shí)現(xiàn)混頻功能;(3)負(fù)載級(jí)電路負(fù)責(zé)把混頻輸出的中頻電流信號(hào)轉(zhuǎn)

6、化為電壓信號(hào);(4)由電流鏡構(gòu)成的尾電流電路。
　　3、對(duì)于一個(gè)功能完整的混頻電路,它的偏置網(wǎng)絡(luò)和共模反饋等外圍電路也是需要考慮的。為此設(shè)計(jì)了本振緩沖級(jí)電路來(lái)確?；祛l器的性能穩(wěn)定,偏置電路來(lái)給個(gè)電路單元提供偏置電流。
　　最后,基于特許半導(dǎo)體(Chartered)0.35μm RF-CMOS工藝,通過Mentor Graphics的EDA軟件IC studio平臺(tái)和Eldo/RF對(duì)該電路進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果滿足了電路設(shè)計(jì)的要