基于CMOS工藝的毫米波混頻器研究與設(shè)計(jì)

發(fā)布時間：2020-07-17 21:04

【摘要】：混頻器作為非線性系統(tǒng),在毫米波變頻收發(fā)機(jī)中是不可或缺的器件。理想的混頻器僅僅是對兩輸入端口的信號做乘法實(shí)現(xiàn)混頻的目的,但在實(shí)際應(yīng)用中,由于輸入信號的不純凈影響,變頻得到的信號會含有各種干擾信號,尤其是鏡像信號帶來的干擾,使得混頻器在實(shí)際使用中往往達(dá)不到良好的效果。正交混頻器是對上述問題的一個很好的解決方案,使用正交信號對輸入的毫米波信號進(jìn)行處理,最終可以得到理想信號。然而目前的正交混頻器也面臨著幅相不平衡等諸多問題,因此本文著重對毫米波混頻器,尤其是正交混頻器進(jìn)行研究。針對上述問題,本文做出如下工作。第一,對正交信號及正交網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行理論研究,并通過查閱文獻(xiàn),對其實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行研究與闡述;第二,將Gm-boost結(jié)合進(jìn)混頻器中,設(shè)計(jì)了類似的結(jié)構(gòu),提高混頻器的增益,同時降低噪聲;第三,本文提出了不同于傳統(tǒng)正交信號電路的創(chuàng)新電路結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了相位調(diào)整結(jié)構(gòu),利用其接口可以實(shí)時調(diào)整電路,使其達(dá)到最佳平衡性。本文組織結(jié)構(gòu)如下。第二章詳細(xì)介紹了CMOS開關(guān)式平衡混頻器的基本原理和基本結(jié)構(gòu)以及指標(biāo)。經(jīng)過對電路的分析和公式推導(dǎo)之后,闡明混頻器的理論。其次,第三章對正交信號的原理,產(chǎn)生電路,改進(jìn)方法以及應(yīng)用場景等等進(jìn)行介紹,從理論上對正交信號在毫米波接收機(jī)以及混頻器中的重要性進(jìn)行說明。第四章中,在65 nm CMOS工藝平臺上進(jìn)行28 GHz正交下混頻器的設(shè)計(jì)。此混頻器將低噪聲放大器中常用的Gm-boost結(jié)構(gòu)應(yīng)用于混頻器設(shè)計(jì),提高電路增益,同時降低電路噪聲�；祛l器在射頻頻段24-30 GHz,中頻1.8-4.4 GHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)8 dB的增益,12 dB的噪聲系數(shù),同時輸入1dB壓縮點(diǎn)為-5 dBm。第五章在110nm CMOS工藝平臺上進(jìn)行2.4 GHz混頻器的設(shè)計(jì),該混頻器利用版圖對稱設(shè)計(jì)和相位校正技術(shù)實(shí)現(xiàn)平衡性較高的IQ信號。在低頻段實(shí)現(xiàn)該技術(shù),經(jīng)過驗(yàn)證以后,同樣可以應(yīng)用于毫米波頻段,為未來毫米波IQ混頻器的改進(jìn)設(shè)計(jì)做技術(shù)鋪墊。該工作在片外進(jìn)行相位檢測的同時,在片內(nèi)設(shè)計(jì)數(shù)字接口和矯正電路對IQ信號進(jìn)行相位校正。最終電路在2.4 GHz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)25 dB的電壓轉(zhuǎn)換增益和6 dB的噪聲系數(shù),同時實(shí)現(xiàn)4°的相位校正范圍。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN773
【圖文】：