面向低电压蓝牙的射频前端设计

作     者：冯世雄 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡晨

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：射频前端 低电压 主从电路 电流复用 

摘      要：随着短距离无线通信和物联网通信的发展,消费电子等通讯制造商致力于低功耗蓝牙技术的开发和研究。作为接收机的重要模块,射频前端由低噪声放大器和混频器组成,是主要的耗能模块,因此,低功耗射频前端的设计在降低蓝牙接收机功耗方面具有重要意义。为进一步降低功耗,同时为适应越来越先进的制造工艺,低电压设计已经成为当下的研究热点。为缓解电源电压和增益、功耗的制约关系,也为了大幅度地降低功耗,改进设计了电流复用的低电压射频前端。改进设计了基于源级电感负反馈的推挽式电流复用结构的低噪声放大器,在低电源电压下完成了电流复用,保证了小噪声系数、高增益指标的同时达到了低功耗目的。优化设计了基于主从结构等效跨导提升的共栅结构的无源混频器的跨阻放大器,用稳定的线性区电流源提供偏置,缓解了低电源电压下电压裕度不足、摆幅不够的制约关系,保证了射频前端的线性度指标。此外,设计了基于并联负反馈结构的跨阻放大器,抑制了直流失调。射频前端采用片内匹配,通过对阻抗匹配网络的优化设计,实现了更好的带外抑制功能。论文基于TSMC 40nm CMOS工艺进行了原理图设计和版图设计,并进行了前后仿真验证。后仿真结果表明,在0.8V电源电压下,本文所设计的射频前端在小于3mA的偏置电流下实现了56dB的最大转换增益和2.7dB的噪声系数,并且具有大于-20dBm的带内线性度,达到了设计要求。本文设计的电流复用的低电压射频前端,具有高转换增益、低噪声系数、抑制直流失调、抑制带外干扰的特点。