宽频带接收机本振信号关键电路的设计

作     者：陈奇超 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高海军

授予年度：2023年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：本振链路 Push-push 多相滤波器 倍频器 镜像抑制比 

摘      要：雷达系统、近距离无线通信系统、无线局域网等系统的不断发展使得人们的生活得到了巨大的便利。射频前端芯片是无线通信的基础,射频收发机影响着无线通信系统的通信性能。为了支持未来的多波段多标准无线通信,超宽带设计成为了现代无线通信接收机设计的重要研究方向和趋势之一。本振链路是接收机的关键一环,本文针对接收机本振信号链路中的关键技术以及毫米波宽带技术展开了研究,主要对倍频器链路、驱动放大器以及多相滤波器进行了理论分析以及电路设计。论文主要工作如下:针对本振信号输出功率低,输出频率低的问题,基于45 nm SOI CMOS工艺设计了一款用于毫米波频段本振信号产生的四倍频链路,其结构由两级二倍频器和一级共源驱动放大器级联构成,最终输出10 GHz～40 GHz的倍频信号。其中二倍频器采用push-push结构,通过合理选取管子的尺寸和优化偏置点,以增强二次谐波的输出功率。为了将单端信号转换成差分信号和实现阻抗变换,基于push-push结构的倍频器使用了1:4的变压器巴伦。该巴伦使用了中心抽头电容方案来实现巴伦中心交流接地及平衡信号。后仿真结果表明:在整个频带范围内,当输入功率为0 d Bm时,二倍频的输出功率范围为0.7 d Bm～5.0 d Bm,基波抑制达到了27 d Bc以上。级联后的四倍频的输出功率范围为0.9 d Bm～6.8 d Bm,基波抑制大于10.6d Bc。基于0.13μm Si Ge Bi CMOS工艺设计了用于宽带接收机的正交本振信号链路,其结构主要由前后两级驱动放大器和多相滤波器组成。无源多相滤波器采用三级级联结构,同时通过设置三个不同的极频让其在宽频带范围内产生正交信号。考虑到无源寄生会对多相滤波器正交信号的幅度和相位不平衡造成较大的影响,本文通过分析改变了传统多相滤波器的版图结构布局,使得无源寄生更均匀分布在I/Q信号两路上,达到了较高的镜像抑制比。为了在宽频带范围内补偿多相滤波器的损耗,达到更大的增益以及更小的增益波动,驱动放大器采用了差分cascode结构和RC并联负反馈技术。驱动放大器同时引入自适应有源偏置电路来解决传统偏置电路静态工作点不稳定问题。后仿真结果表明:在17 GHz～42 GHz范围内,接收机本振链路的镜像抑制比IRR≥36.8 d B,I信号和Q信号增益≥11.9 d B,输入反射系数S11≤-12.3 d B,输出反射系数S22、S33≤-10.7 d B,输入1d B压缩点≥-11 d Bm,工作电流为40.3m A。