本文關(guān)鍵詞：射頻接收芯片中平衡混頻器的研究與設(shè)計

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【摘要】：隨著國家公共事業(yè)智能化產(chǎn)業(yè)鏈的高速發(fā)展,省力又省心的智能化無線抄表技術(shù)慢慢的在大中型的居民小區(qū)中普及開來,而在無線抄表中射頻接收芯片內(nèi),核心模塊混頻器的設(shè)計性能好壞,將直接影響這一智能化對我們生活的改變。故而如何設(shè)計出一款更實用于工程應(yīng)用中的混頻器模塊將變的非常之重要。在近些年的各種研究設(shè)計文獻中,對于射頻收發(fā)機中的混頻器,研究設(shè)計人員一般均把線性度作為其最重要的設(shè)計與優(yōu)化指標(biāo),但對于一些在工程實踐應(yīng)用中,對線性度要求不高的射頻芯片(比如在FSK調(diào)制的系統(tǒng)中),顯得沒有什么好的辦法。本文所研究設(shè)計的兩類平衡混頻器均能比較有效的解決這一問題,并且更適合于相應(yīng)的工程實踐項目。本論文研究設(shè)計的主要工作以及主要貢獻如下:1,首先闡述了混頻器的基礎(chǔ)理論,射頻接收機的相關(guān)分類,而且對其在射頻CMOS中的主要性能進行詳述分析,其中有增益分析、線性度分析、噪聲分析以及隔離度分析,除此之外,更為難得的是,本論文還對在工程實踐應(yīng)用中,不可忽視的功耗分析、可靠性分析,以及可能存在的穩(wěn)定性問題進行詳細(xì)闡述與研究。2,基于工程實踐應(yīng)用,較有新意的設(shè)計了一款擁有低功耗、高增益且增益可選擇、在多路信號中良好的共模反饋特性、較好的端口隔離特性的單平衡混頻器CMOS電路,其專門應(yīng)用于無線抄表中的射頻接收芯片內(nèi)(其中總功耗為0.33mw;增益高達44.78dbm,并且可在四個值之間切換;系統(tǒng)相位裕度從-57.86°優(yōu)化到71.4°的穩(wěn)定狀態(tài))。具體簡述如下A:該單平衡混頻器設(shè)計,是以一個最簡單的單平衡混頻單元框架開始分析、仿真,在此基礎(chǔ)上,做出相應(yīng)滿足我們設(shè)計期望的各性能指標(biāo)的設(shè)計,在核心單平衡模塊中,本文加入了共模反饋電路的設(shè)計,加入了端口隔離優(yōu)化措施的設(shè)計,加入了可變增益模塊的設(shè)計,為了更大的提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化增益,本文還設(shè)計了低頻放大模塊。B:本文經(jīng)過反復(fù)的前仿真,包括:轉(zhuǎn)化增益(Gain)仿真、線性度(1db壓縮點,三階交調(diào)點IIP3)仿真、噪聲系數(shù)仿真(1.2k與50Ω匹配兩種情況)、端口隔離性仿真,穩(wěn)定性仿真(即系統(tǒng)相位裕度的仿真)、可靠性仿真(溫度,電源電壓,工藝角)、功耗仿真等,以優(yōu)化確定出最終的電路框架結(jié)構(gòu)。C:經(jīng)過整體的版圖設(shè)計,隨之本文對整個混頻器系統(tǒng)進行了核心性能的后仿真,以便給流片后可能出現(xiàn)的管子寄生問題留出相應(yīng)的設(shè)計裕度。D:經(jīng)過流片,對該結(jié)構(gòu)混頻器系統(tǒng)模塊進行了各主要性能指標(biāo)的芯片測試,并給出了芯片測試分析和結(jié)果,從結(jié)果看來,本文所設(shè)計優(yōu)化的混頻器基本已經(jīng)達到了在工程實踐應(yīng)用中的性能要求。3,為更好的應(yīng)用于超高頻與工程實踐,本論文還較有新意的設(shè)計了一款,增益最大時頻點可測的雙平衡混頻器CMOS電路,其同樣可應(yīng)用于無線抄表中射頻接收芯片內(nèi),亦可應(yīng)用于射頻接收芯片的二極混頻模塊。具體簡述如下A:與單平衡混頻其相比,該雙平衡混頻器電路擁有更加良好的端口隔離特性,本文采用了預(yù)留的帶源極負(fù)反饋的共源極優(yōu)化技術(shù)提高相應(yīng)線性度,除此而外,本文采用無源二階濾波器結(jié)構(gòu)作為負(fù)載,設(shè)計了可測量增益最大頻點的本振緩沖電路。B:本文對所設(shè)計的雙平衡各模塊電路同樣進行了各種性能指標(biāo)的前仿真,包括一般在項目中常用到的可靠性和工藝角的仿真,以便滿足在射頻接收芯片中的工程應(yīng)用,具體與單平衡類似。C:最后本文對整個雙平衡混頻器的總電路進行了版圖的設(shè)計,并進行了簡要的分析。
【關(guān)鍵詞】：射頻CMOS接收芯片 單平衡混頻器 雙平衡混頻器 工程實踐應(yīng)用 可變增益 電路仿真 芯片測試
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN773
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-14
• 縮略語對照表14-18
• 第一章 緒論18-22
• 1.1 課題研究背景與意義18
• 1.2 相關(guān)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本論文的工作以及主要貢獻19-20
• 1.4 論文架構(gòu)20-22
• 第二章 混頻器概述22-34
• 2.1 序22
• 2.2 混頻器理論基礎(chǔ)22-24
• 2.2.1 理論研究對工程實踐的意義22-23
• 2.2.2 理論基礎(chǔ)23-24
• 2.3 混頻器的分類24-28
• 2.3.1 無源混頻器24-26
• 2.3.2 有源混頻器26-28
• 2.4 射頻接收前端分類28-32
• 2.4.1 零中頻接收機28-29
• 2.4.2 低中頻接收機29-30
• 2.4.3 超外差式接收機30-31
• 2.4.4 鏡像抑制接收機31-32
• 2.5 小結(jié)32-34
• 第三章 射頻CMOS芯片中混頻器性能分析34-50
• 3.1 序34-35
• 3.2 主要性能分析35-44
• 3.2.1 增益分析36-38
• 3.2.2 噪聲分析38-40
• 3.2.3 線性分析40-43
• 3.2.4 隔離度分析43-44
• 3.3 工程實踐應(yīng)用分析44-48
• 3.3.1 功耗分析44-45
• 3.3.2 穩(wěn)定性分析45-48
• 3.3.3 可靠性分析48
• 3.4 小結(jié)48-50
• 第四章 射頻接收芯片內(nèi)單平衡混頻器設(shè)計50-86
• 4.1 序50
• 4.2 單平衡混頻器的電路設(shè)計50-59
• 4.2.1 核心單平衡模塊設(shè)計51-52
• 4.2.2 共模反饋模塊設(shè)計52-56
• 4.2.3 可變增益模塊設(shè)計56-57
• 4.2.4 低頻放大模塊設(shè)計57-58
• 4.2.5 單平衡混頻器總體電路設(shè)計58-59
• 4.3 電路仿真59-78
• 4.3.1 混頻器總模塊前仿真60-76
• 4.3.2 核心模塊后仿真76-78
• 4.4 單平衡混頻器的版圖設(shè)計78-80
• 4.5 芯片測試80-85
• 4.5.1 測試概述80
• 4.5.2 測試目的以及測試方法80-82
• 4.5.3 測試結(jié)果以及分析82-85
• 4.6 小結(jié)85-86
• 第五章 射頻接收芯片內(nèi)雙平衡混頻器（Gilbert Mixer）的設(shè)計86-98
• 5.1 序86
• 5.2 雙平衡混頻器的電路設(shè)計86-89
• 5.2.1 核心雙平衡模塊（Gilbert單元）設(shè)計86-87
• 5.2.2 應(yīng)用于工程實踐的本振緩沖模塊電路設(shè)計87-89
• 5.2.3 雙平衡混頻器總體電路設(shè)計89
• 5.3 電路仿真89-97
• 5.4 雙平衡混頻器的版圖設(shè)計97
• 5.5 小結(jié)97-98
• 第六章 總結(jié)與展望98-100
• 參考文獻100-102
• 致謝102-104
• 作者簡介104-105

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本文編號：850353