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应用于EoC芯片的1.2 GHz/2 GHz/2.4 GHz三频段上混频器

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微电子学 2014年第5期44卷 620-623,628页

作者：聂丹萍刘柳郭东君石春琦张润曦华东师范大学微电子电路与系统研究所上海200062

采用0.13μm RF CMOS工艺,设计了一款可应用于EoC收发芯片的三频段上混频器,通过改变接入并联LC负载谐振网络中电容的值,使电路分别工作在1.2GHz,2GHz,2.4GHz频段。在3.3V电源电压下,1.2GHz,2GHz,2.4GHz频段上,总电流为35.1mA;单边带(S... 详细信息

采用0.13μm RF CMOS工艺,设计了一款可应用于EoC收发芯片的三频段上混频器,通过改变接入并联LC负载谐振网络中电容的值,使电路分别工作在1.2GHz,2GHz,2.4GHz频段。在3.3V电源电压下,1.2GHz,2GHz,2.4GHz频段上,总电流为35.1mA;单边带(SSB)电压转换增益分别为3.77dB,4.97dB,4.78dB;输出1dB压缩点分别为-0.22dBm,0.78dBm,0.5dBm;噪声系数分别为5.13dB,5.76dB,6.67dB。通过控制输入跨导级的偏置实现混频器的开启和关断,上混频器的开启时间为200ns,关断时间小于100ns。

关键词：三频段上混频器 EoC

基于0.13um CMOS工艺的800MHz~2500MHz宽带低中频上混频器的设计

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基于0.13um CMOS工艺的800MHz~2500MHz宽带低中频上混频器的设计

作者：刘文甲华中科技大学

学位级别：硕士

射频混频器是无线收发系统中的关键模块，它的主要作用是利用混频器电路的非线性实现频率的转换。本论文设计的是一个基于0.13um CMOS工艺的800MHz~2500MHz宽带低中频上混频器，该混频器的输入中频信号为40MHz~500MHz，本振信号为800MHz... 详细信息

射频混频器是无线收发系统中的关键模块，它的主要作用是利用混频器电路的非线性实现频率的转换。本论文设计的是一个基于0.13um CMOS工艺的800MHz~2500MHz宽带低中频上混频器，该混频器的输入中频信号为40MHz~500MHz，本振信号为800MHz~2500MHz，输出的射频信号为800MHz~2500MHz。该混频器工作在1.2V的低电压下，总共消耗的电流在12mA左右，主要应用在900MHz、1900MHz，2.4GHz三个频段。该混频器主要由四个部分组成：IF端口的输入阻抗匹配网络、混频器核心电路、增益放大电路、RF端口的输出阻抗匹配网络。混频器核心电路采用开关折叠结构混频器，它具有较高转换增益，良好的线性度和噪声系数，并且能工作在低电源电压下。该混频器的三个端口都匹配到了50Ω附近，输入阻抗匹配网络采用共栅电路来设计，输出阻抗匹配网络采用共漏电路来设计，而本振端口是利用50Ω的偏置电阻来实现匹配。本论文采用了源简并技术来提高混频器的输入跨导级的线性度。通过仿真分析，本论文设计的上混频具有较高的转换增益，大约为12dB，良好的线性度，输出1dB压缩点大约为-14dBm，输出三阶交调点大约为-0.6dBm，较好噪声性能，噪声系数大约为15dB。

关键词：宽带上混频器阻抗匹配网络开关折叠结构

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电流模式上混频器和功率放大器的研究与设计

电流模式上混频器和功率放大器的研究与设计

作者：施湘粤湖南大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的迅猛发展，无绳电话、对讲机、数字蜂窝电话等个人通信系统以及数字广播电视、无线互联网接入、全球定位系统得到广泛的应用。与之相适应，市场对低成本、低功耗、低电压的无线通信系统的需求也越来越大，未来的发展... 详细信息

随着无线通信技术的迅猛发展，无绳电话、对讲机、数字蜂窝电话等个人通信系统以及数字广播电视、无线互联网接入、全球定位系统得到广泛的应用。与之相适应，市场对低成本、低功耗、低电压的无线通信系统的需求也越来越大，未来的发展趋势是将射频电路与数字基带电路集成在一个芯片上，实现片上系统。但射频电路和数字基带电路工作电压和功耗的不一致，成为无线通信系统单片集成的一大瓶颈。近年来，出现了一种以电流为信号变量的电路—电流模式电路。相对于传统的电压模式电路，电流模式电路具有其独到的优越性，比如低电压、低功耗、频带宽、动态范围大等。因此，它能够很好的解决上述瓶颈，并在射频集成电路设计中得到越来越多的应用。射频发射机介于数字基带电路和天线之间，其好坏将直接影响着整个无线通信系统的性能。本文采用电流模式的设计方法设计出射频发射机中的关键模块，为实现电流模式射频发射机打下了基础。具体工作及创新如下：（1）提出了一种2.4GHz的高线性度电流模式上混频器，该上混频器以改进的电流镜代替传统Gilbert混频器中的输入跨导级，省去了尾电流管，并采用了电流注入技术。仿真结果表明，在1.2V的工作电压下，该混频器具有良好的隔离度，三阶输入互调截止点（IIP3）为12.03dBm，转换增益为5dB，噪声系数为16.8dB，功耗为3.8mW。（2）提出了一种2.4GHz的高效率电流模式功率放大器，该功率放大器由两级电路构成，第一级是电流镜构成的驱动放大级，能接收电流形式的输入信号，并对该电流信号进行放大，属于电流模式A类放大器;第二级为功率输出级，属于电流模式D类放大器，具有较高的输出功率和效率。仿真结果表明，在3V的工作电压下，该功率放大器的最大附加效率（PAE）为33.5%，最大输出功率为23.6dbm，对应的功率增益为23.6dB，输入输出匹配S11和S22均小于-10dB。以上两个模块的设计均采用Chartered0.18μm RF CMOS工艺，使用Cadence软件完成了电路验证、参数优化、电路仿真和版图设计。设计的电路具有良好的性能，适合应用在片上集成射频发射机中。

关键词：射频集成电路 CMOS 电流模式上混频器功率放大器

2.4GHz无线传感器网络SoC芯片上混频器的设计

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电子器件 2009年第2期32卷 361-363,367页

作者：张磊樊祥宁东南大学射频与光电集成电路研究所江苏南京210096

介绍了一种采用SMIC 0.18μm RFCMOS工艺,设计了一种应用于2.4 GHz无线传感器网络SoC芯片的射频发射机上混频器模块电路单元,其中转换增益为-6.3 dB,输入1 dB压缩点为-4.6 dBm。工作电压为1.8 V,功耗为5.4 mW,工作频率范围为2.4~2.483 5... 详细信息

介绍了一种采用SMIC 0.18μm RFCMOS工艺,设计了一种应用于2.4 GHz无线传感器网络SoC芯片的射频发射机上混频器模块电路单元,其中转换增益为-6.3 dB,输入1 dB压缩点为-4.6 dBm。工作电压为1.8 V,功耗为5.4 mW,工作频率范围为2.4~2.483 5 GHz,工作温度范围为-20^+80℃低功耗的上混频器。上混频器芯片的面积为0.56 mm2。

关键词：无线传感器网络SoC 上混频器低功耗

基于0.18μm CMOS工艺的高性能上混频器设计

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基于0.18μm CMOS工艺的高性能上混频器设计

作者：万求真湖南大学

学位级别：硕士

近十几年来,随着CMOS工艺的不断发展,高速发展的射频无线通信技术被广泛地应用在社会的各个领域中,吸引了越来越多的学者研究高性能和低成本射频无线通信系统。人们越来越希望无线通信设备拥有更小的尺寸、更低的成本、更低的功耗以及... 详细信息

近十几年来,随着CMOS工艺的不断发展,高速发展的射频无线通信技术被广泛地应用在社会的各个领域中,吸引了越来越多的学者研究高性能和低成本射频无线通信系统。人们越来越希望无线通信设备拥有更小的尺寸、更低的成本、更低的功耗以及更高的性能,从而对射频前端收发机电路也提出了相应的更高的设计要求。上混频器电路作为射频前端收发机的关键电路模块,用于实现信号频谱的搬移,其性能的好坏直接影响到整个收发机系统的性能。在这种应用背景下,本’文完成了基于0.18μm CMOS工艺的两种2.4GHz频段的高性能上混频器设计。本文首先阐述了常用发射机的结构和典型上混频器的研究现状,介绍了混频器电路设计的基础理论。分析了几种提高CMOS混频器线性度的常用方法和电流模式电路的发展慨况。然后提出了一种基于0.18μm CMOS工艺的改进的Gilbert上混频器电路,同时提出了一种基于0.18μm CMOS工艺的电流模式上混频器电路,并对提出的以上两种上混频器电路进行了版图设计和给出了后版图仿真结果。本文所做的工作和创新如下： (1)总结和分析了当前研究的两种发射机系统结构,介绍了当前典型上混频器结构的设计技术,同时分析了混频器的工作原理及其主要性能指标参数;(2)提出了一种基于0.18μm CMOS工艺的改进的高性能Gilbert上混频器电路,该电路采用双电流复用和电流注入结构以及负反馈技术对混频器跨导级和开关级进行了结构优化。然后对设计电路进行了版图设计,在1.2V低电压下,后版图仿真结果为：转换增益CG为6.3dB,输入三阶交调点ⅡP3为13.4dBm,双边带噪声系数NF为11.5dB,混频器核心电路的功耗为4.8mW,芯片面积为0.7mm*0.8mm,后版图仿真结果验证了电路的良好性能;(3)提出了一种基于0.18μm CMOS工艺的高性能电流模式上混频器电路,该电路采用电流平方电路的类Class AB结构做输入级和电容交叉耦合结构做输出级,实现了电流模式输入输出级的结构优化。然后对设计电路进行了版图设计,在1.2V低电压下,后版图仿真结果为：转换增益CG为6.5dB,输入三阶交调点ⅡP3为15.3dBm,功耗为6.8mW,芯片面积为0.7mm*0.8mm,后版图仿真结果验证了电路的良好性能。本文提出的电路采用Chartered 0.18μm CMOS工艺,在软件Cadence下进行的版图设计和后仿真,后版图仿真结果与当前发表过的上混频器电路具有可比性。

关键词：上混频器 CMOS 电流复用电流注入电流模式高性能低功耗

电流模式超宽带上混频器和功率放大器的研究与设计

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电流模式超宽带上混频器和功率放大器的研究与设计

作者：张光祥湖南大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的发展，各种无线通信技术在军事、工业、社会生活中得到了广泛的应用。无线通信技术正朝着可重构、多标准、低成本、低功耗以及高性能的方向发展，这使得具有极高数据传输速率、低成本、低功耗的超宽带无线通信技术具... 详细信息

随着无线通信技术的发展，各种无线通信技术在军事、工业、社会生活中得到了广泛的应用。无线通信技术正朝着可重构、多标准、低成本、低功耗以及高性能的方向发展，这使得具有极高数据传输速率、低成本、低功耗的超宽带无线通信技术具有一定的研究意义。电流模式电路具有低电压、宽频带、大动态范围的优点，因而超宽带射频前端集成电路的设计可采用电流模式方法获得更优越性能。本文在对国内外相关文献提出的发射机射频前端电路进行研究的基础上，对超宽带发射机中的上混频器和功率放大器进行研究与设计，最后采用电流模式方法设计了工作在3.1~10.6GHz频段的超宽带上混频器与功率放大器电路，具体工作如下：提出了一种高线性度电流模式超宽带上混频器电路。该混频器基于传统的Gilbert混频器单元，采用电流镜代替Gilbert混频器中的跨导级电路，并在开关对共源节点插入一个T型LC网络吸收寄生电容，结合电流注入技术，改善混频器转换增益以及线性度性能。仿真结果表明，提出的上混频器在3.1~10.6GHz频带内，IIP3为5.3~14.75dBm，转换增益为3.5~6.5dB，噪声系数为15.3~16dB，并具有较好的端口隔离度，在1.2V电源电压下直流功耗为4.6mW。提出了一种低功耗高线性度电流模式超宽带功率放大器电路。该功率放大器由驱动级与功率输出级构成，驱动级采用电流镜接收来自上级电路输出的电流信号，并采用电流复用技术使功率放大器在全频带具有较高较平坦增益。功率输出级采用A类结构功率放大器，并采用π型网络作输出匹配，功率放大器具有较高的线性和良好的输出匹配性能。仿真结果显示,提出的功率放大器在全频带内输出功率为-3dBm，功率增益为16~18dB，功率附加效率PAE最大为17%，输入输出回波损耗参数S11和S22分别小于-8.5dB和-10dB，输入1dB压缩点为-12dBm，在1.2V电源电压下直流功耗为11mW。

关键词：电流模式超宽带上混频器功率放大器高线性度电流复用

高线性度超宽带上混频器和功率放大器电路研究与设计

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高线性度超宽带上混频器和功率放大器电路研究与设计

作者：吴章彬湖南大学

学位级别：硕士

超宽带技术因具有数据传输速率高、安全性好、功耗低等特点，越来越受到人们的关注。目前国际上普遍采用成本低的CMOS工艺来设计超宽带电路，以便使超宽带系统的收发机和数字基带部分一起集成在一块芯片上，形成片上系统。随着工艺水平... 详细信息

超宽带技术因具有数据传输速率高、安全性好、功耗低等特点，越来越受到人们的关注。目前国际上普遍采用成本低的CMOS工艺来设计超宽带电路，以便使超宽带系统的收发机和数字基带部分一起集成在一块芯片上，形成片上系统。随着工艺水平越来越先进，纳米级CMOS管的尺寸也越来越小。这固然使电路的带宽和噪声得到了极大的改善，但同时损坏了电路的线性性能。因为小尺寸的CMOS管会引起各种短沟道效应，使得CMOS管的性能不稳定，从而产生严重的非线性失真。本文系统研究了超宽带收发机射频前端中的混频器和功率放大器电路。首先，对超宽带技术的概念、超宽带系统的实现方案和多边带正交频分复用超宽带收发机的结构做了详细的介绍。其次，阐述了高线性度超宽带混频器和功率放大器的研究现状。然后，对吉尔伯特混频器和线性功率放大器的非线性失真机理，以及几种常见线性化技术进行了论述。最后，本文分别设计了一个高线性度的超宽带上混频器和功率放大器，并对这两个电路进行了版图设计和仿真。本文所做的主要工作和创新如下：（1）提出了一种工作于3.1~10.6GHz频段的新型高线性度MB-OFDM超宽带上混频器。混频器的主体结构为电流注入式伪差分双平衡结构。为了使混频器在获得高线性度的同时不恶化其它方面的性能，混频器的跨导级引入了交叉耦合后失真线性化技术。对电路进行仿真的结果显示，本文提出的超宽带上混频器在3.1~10.6GHz的工作频带范围内，输入三阶互调截点（线性度参数）最大可达到16.56dBm。（2）提出了一种工作于3.1~10.6GHz频段的新型高线性度MB-OFDM超宽带功率放大器。功率放大器的主体结构为两级级联差分共源共栅结构，第一级为驱动级，第二级为放大级。为了提高整个功率放大器的线性度，在驱动级和放大级分别采用了RC并联负反馈网络和共源共栅交叉耦合后失真技术。对电路进行仿真的结果显示，本文提出的超宽带功率放大器在3.1~10.6GHz的工作频带范围内，输入1dB压缩点（线性度参数）最大可到达到4.6dBm。

关键词：超宽带上混频器功率放大器高线性度版图

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射频发射前端混频器和滤波器的分析与设计

射频发射前端混频器和滤波器的分析与设计

作者：崔伟北京理工大学

学位级别：硕士

近年来,射频无线通信领域经历了迅猛发展,CMOS工艺水平不断提升,低成本、低功耗、高集成度、高可靠性的射频集成电路已成为未来的发展趋势。在射频无线收发系统中,混频器实现信号频率变换,滤波器实现频段选择和信号抑制,二者是射频无线... 详细信息

近年来,射频无线通信领域经历了迅猛发展,CMOS工艺水平不断提升,低成本、低功耗、高集成度、高可靠性的射频集成电路已成为未来的发展趋势。在射频无线收发系统中,混频器实现信号频率变换,滤波器实现频段选择和信号抑制,二者是射频无线收发端不可缺少的重要组成模块。本文首先对混频器与滤波器的国内外研究现状作了论述。其次,针对系统性能指标,分析了整体电路实现形式,子电路对整体性能的影响。最后,基于TSMC 90 nm CMOS工艺完成了1.2 GHz混频器与滤波器的电路设计,版图绘制,仿真验证,并完成滤波器的芯片测试。本文设计有源滤波器采用Q-enhanced LC结构,并加入带阻结构,实现镜像抑制功能。测试结果表明,在中心频率处,滤波器增益16.32 dB,-1 dB通带18.53 MHz,-20 d B阻带左右分别为89.17 MHz、96.56 MHz,镜像抑制比40.97 dB,芯片功耗26.40mW。芯片工作正常,性能满足设计要求。本文设计上混频器采用伪差分的吉尔伯特单元,负载用电感进行匹配,仿真结果表明,该电路实现140 MHz中频信号到1.2 GHz射频信号的频率变换,转换增益0.11dB,输入1 dB压缩点-2.19 dBm,噪声系数6.3 dB,功耗10.7 mW。射频集成滤波器和混频器设计是射频单芯片系统研究的难题之一。本文设计的有源滤波器和上混频器具有良好的应用前景。

关键词： CMOS 射频集成电路有源滤波器上混频器

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多模多标准系统中混频器电路的设计

多模多标准系统中混频器电路的设计

作者：周超东南大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的不断发展,在一个移动终端上集成多种通信模式是当前无线通信技术发展的重要趋势,这对于收发机中的模块提出了新的要求,要求能尽可能多地共享射频前端电路,来达到节省功耗、面积和成本的目的。混频器是收发机中必不可... 详细信息

随着无线通信技术的不断发展,在一个移动终端上集成多种通信模式是当前无线通信技术发展的重要趋势,这对于收发机中的模块提出了新的要求,要求能尽可能多地共享射频前端电路,来达到节省功耗、面积和成本的目的。混频器是收发机中必不可少的核心部分,实现能够应用于多模多标准系统的混频器对于降低收发机的功耗、面积等有着重要的意义。本文设计了工作频率为0.7-2.6GHz适用于多模多标准系统的上混频器和下混频器电路,本次设计采用TSMC 0.18 um CMOS工艺并进行了流片验证。上混频器主体基于吉尔伯特有源单元,采用伪差分的结构来提高混频器的线性度,同时结合了电流注入技术,不仅降低本振开关的电流,还能提高输入级的跨导;此外,在开关级的漏极之间插入了一个T型LC网络来吸收本振开关的寄生电容,提高高频下的电压增益和线性度。后仿真结果表明在电源电压1.8V下,电压转换增益为8.4-8.5dB,输入1 dB压缩点为-1.6-1.4dBm,输入三阶交调截点为13.4～14.8dBm,单边带噪声系数为19.8～20.9 dB。下混频器主要采用折叠式结构来降低噪声系数,跨导级采用跨导互补的结构来提高输入级跨导,同时采用了反馈电阻形成自偏置结构,后仿真结果表明电压转换增益为13.0～13.2dB,输入1 dB压缩点为-2.9～-2.7dBm,输入三阶交调截点为13.1～14.2dBm,噪声系数为11.5～11.6dB。本文设计的上混频器电路和下混频器电路在流片后进行了测试。在工作频率0.7～2.6GHz内,上混频器的电压转换增益为7.3-8.2dB,输入1dB压缩点为-3.1～-1.5dBm, ⅡP3为9.1～14.5dBm,单边带噪声系数为19.3～20.4dB。下混频器的电压转换增益为13.7～-14.0dB,输入1dB压缩点为-3.8～-2.1dBm, ⅡP3为9.8-12.7dBm,单边带噪声系数为8.4-9.5dB。测试结果满足设计指标要求。

关键词：多模多频上混频器下混频器高线性度高转换增益