【摘要】：隨著無線技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的頻帶資源已趨近飽和。面對該問題,人們寄希望于開發(fā)更高頻率的頻帶資源,也即毫米波頻段。毫米波頻段具有更豐富的頻帶資源,可實現(xiàn)更高的傳輸速率,同時高頻率還具有更大的天線增益和更小的波束寬度。盡管具有這些優(yōu)勢,但毫米波電路設(shè)計仍面臨巨大的挑戰(zhàn):它們通常需要較大的功耗,并且使用昂貴的工藝,也具有較大的成本。因此,毫米波電路迫切地需要向低成本和低功耗改進(jìn)。本論文圍繞低成本與低功耗的實際需求,對毫米波頻段的時鐘電路進(jìn)行理論上的分析,實際電路的設(shè)計和優(yōu)化,自定義無源元件的設(shè)計和優(yōu)化,版圖布置的優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究。最終基于低成本CMOS工藝設(shè)計了 一系列的毫米波時鐘電路與發(fā)射機電路,為今后的毫米波電路設(shè)計提供了低成本化和低功耗化的參考。本論文的第一章介紹了毫米波頻段的背景和研究趨勢。第二章討論了 CMOS工藝和其他工藝的區(qū)別,分析了本論文采用的低成本CMOS工藝具有的特性,并結(jié)合特性設(shè)計了自定義的電感器和電容器。第三章設(shè)計了一款工作于K波段的互補型交叉耦合壓控振蕩器。測試結(jié)果表明,該電路在1.2V的工作電壓時,工作頻率為21.98-23.42GHz,核心功耗為3.14mW,芯片面積僅有0.253mm2(不包括ESD保護(hù)焊盤)。綜合上述結(jié)果,對比相似節(jié)點工藝的振蕩器設(shè)計,該電路具有更小的功耗和芯片面積。第四章設(shè)計了基于注入鎖定振蕩器(ILO)的移相器。該電路以第四章的電路為基礎(chǔ),改造為尾電流注入的ILO。工作頻率為22-23.4GHz,移相范圍最大為180°。該電路占用的面積為540μm× 620μm(包括焊盤)或者316μm× 388μm(不包括焊盤),ILO的核心功耗為3.14mW。第五章設(shè)計了工作在28GHz的行波壓控振蕩器。本論文通過版圖上的優(yōu)化提升了行波振蕩器的對稱性并理論上降低了行波振蕩器的相位噪聲,測試結(jié)果顯示,該電路的最大工作頻率范圍為26.72-29.95GHz,相位噪聲在1MHz的頻偏為-99.23dBc/Hz。最小核心功耗為14.6mW(@1.2V),芯片面積為0.286(含測試PAD)/0.114(核心)mm2。相比前人的關(guān)于行波振蕩器的設(shè)計,該電路的功耗較小,并具有更小的面積。第六章設(shè)計了工作在24GHz的功率放大器和發(fā)射機。功率放大器的仿真結(jié)果顯示在VDD為1.2V增益最大為12.708dB,輸出的1dB增益壓縮點最大為14dBm,功率附加效率(PAE)為23.156%@OP2dB,最大直流功耗為135mW,占用面積為870 ×540μm。發(fā)射機的仿真結(jié)果顯示其具有2.5GHz調(diào)頻范圍,9.299-11.628dBm的輸出功率和-97.002dBc/Hz@1MHz頻偏的相位噪聲。工作在1.2V時直流功耗小于180mW,占用面積為1350 × 540μm2。論文最后進(jìn)行了對之前工作的總結(jié),并對基于本論文設(shè)計的時鐘電路及發(fā)射機模塊的未來工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN015;TN702
【圖文】：

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【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 蘇國東;硅基CMOS毫米波前端關(guān)鍵電路研究與設(shè)計[D];浙江大學(xué);2018年

2 趙明劍;低功耗高速可植入式UWB發(fā)射機與接收機芯片的研究[D];華南理工大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2742022