本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于超寬帶系統(tǒng)的射頻發(fā)射前端的研究與設(shè)計(jì)

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【摘要】：本文概述了超寬帶技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀,通過與其它短距離無線通信技術(shù)的對(duì)比,展現(xiàn)了超寬帶通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。通過分析現(xiàn)有超寬帶發(fā)射機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、主要的性能指標(biāo)以及設(shè)計(jì)過程中可能存在的問題,確定了本文發(fā)射前端芯片采用零中頻結(jié)構(gòu)。它由三部分組成,低通濾波器(LPF)、上混頻器(Mixer)以及驅(qū)動(dòng)放大器(DA)。其中低通濾波器采用簡單的三階RC濾波器來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的過程中,采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法,首先明確了整體芯片的性能指標(biāo),然后將指標(biāo)分配到每一個(gè)單元模塊。為了便于調(diào)試及驗(yàn)證整體芯片的性能,驅(qū)動(dòng)放大器進(jìn)行了單獨(dú)流片。上混頻器的主要任務(wù)是完成變頻功能,是發(fā)射鏈路中重要的模塊之一。根據(jù)指標(biāo)的要求,確定上混頻器采用全差分方式的I/Q正交調(diào)制結(jié)構(gòu)。它包括兩個(gè)雙平衡Gilbert結(jié)構(gòu)混頻器,并使用帶中心抽頭的差分電感作做為負(fù)載。電感負(fù)載可以擴(kuò)展混頻器的帶寬,提供較好的寬帶性能。電感值的確定需要考慮后級(jí)驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端電容及走線寄生電容的大小,并將其諧振頻率設(shè)置在所需要的工作頻段上。本文采用全差分的Cascode形式驅(qū)動(dòng)放大器結(jié)構(gòu),為了與接收機(jī)較好的配合,功率增益設(shè)置為可調(diào)節(jié)模式。通過控制不同的偏置電流,可以產(chǎn)生16檔的功率增益。驅(qū)動(dòng)放大器的線性度是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容,尤其是輸出1dB壓縮點(diǎn)指標(biāo),在1.2V低電壓供電條件下,需要盡可能的減少晶體管的層數(shù)以獲得更大的輸出擺幅。由于本文所設(shè)計(jì)的芯片需要進(jìn)行PCB板級(jí)鍵合測(cè)試,文章詳細(xì)討論了驅(qū)動(dòng)放大器輸出端匹配的方法,通過ADS與Cadence將芯片與PCB板進(jìn)行聯(lián)合仿真優(yōu)化輸出匹配的性能。本文所設(shè)計(jì)的超寬帶發(fā)射前端芯片采用TSMC 0.13μmCMOS工藝。整個(gè)芯片版圖的面積為1.084×0.795mm2。整個(gè)芯片在PCB板上完成驗(yàn)證測(cè)試。測(cè)試得到的輸出1dB壓縮點(diǎn)為-5.7dBm@6.8GHz,略低于指標(biāo)要求,一個(gè)主要的原因是PCB板的輸出匹配部分還需要進(jìn)一步的完善。輸出三截點(diǎn)(OIP3)為8.42dBm@6.71GHz,輸入三階截點(diǎn)為2.64dBm@6.71GHz。最大功率增益為5.8dB,可變范圍為0-5.8dB。整個(gè)PCB測(cè)試板的總電流為22mA。
【關(guān)鍵詞】：超寬帶 發(fā)射機(jī) 射頻前端 混頻器 驅(qū)動(dòng)放大器
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN839
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究背景及意義8
• 1.2 超寬帶研究現(xiàn)狀8-9
• 1.3 超寬帶通信與其他短距離通信的比較9-11
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)11-12
• 第二章 超寬帶發(fā)射前端的系統(tǒng)架構(gòu)及分析12-20
• 2.1 超寬帶通信系統(tǒng)頻譜劃分12
• 2.2 常用發(fā)射機(jī)的基本結(jié)構(gòu)12-16
• 2.3 超寬帶發(fā)射前端電路系統(tǒng)架構(gòu)16-18
• 2.4 本章小結(jié)18-20
• 第三章 混頻器的基本分析與結(jié)構(gòu)20-28
• 3.1 混頻器的基本分析20-21
• 3.2 混頻器的性能參數(shù)21-23
• 3.2.1 轉(zhuǎn)換增益21
• 3.2.2 線性度21-22
• 3.2.3 噪聲系數(shù)22-23
• 3.2.4 隔離度23
• 3.3 混頻器的基本結(jié)構(gòu)23-28
• 第四章 超寬帶發(fā)射前端上混頻器的設(shè)計(jì)28-36
• 4.1 電路的基本結(jié)構(gòu)28-29
• 4.2 電路設(shè)計(jì)中的一些考慮29-32
• 4.2.1 轉(zhuǎn)換增益的考慮29-31
• 4.2.2 偏置電路的考慮31-32
• 4.3 上混頻器的設(shè)計(jì)流程32
• 4.4 上混頻器模塊的后仿結(jié)果32-34
• 4.5 本章小結(jié)34-36
• 第五章 驅(qū)動(dòng)放大器設(shè)計(jì)過程中的分析36-48
• 5.1 射頻電路中的阻抗匹配36-38
• 5.2 驅(qū)動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)的選擇38-42
• 5.2.1 片內(nèi)雙轉(zhuǎn)單結(jié)構(gòu)的分析38-40
• 5.2.2 差分結(jié)構(gòu)的分析40-42
• 5.3 射頻放大器的穩(wěn)定性問題42-43
• 5.3.1 共源射頻放大器的不穩(wěn)定性分析43
• 5.4 驅(qū)動(dòng)放大器的主要性能指標(biāo)43-47
• 5.4.1 輸出功率與功率增益43
• 5.4.2 效率與功率附加效率43-44
• 5.4.3 線性度44-46
• 5.4.4 輸入輸出駐波比46-47
• 5.5 本章小結(jié)47-48
• 第六章 超寬帶發(fā)射前端驅(qū)動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)48-58
• 6.1 驅(qū)動(dòng)放大器的指標(biāo)48-49
• 6.2 差分驅(qū)動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)49-52
• 6.2.1 共源放大器49-50
• 6.2.2 電阻負(fù)載的Cascode結(jié)構(gòu)放大器50-51
• 6.2.3 電感負(fù)載的Cascode結(jié)構(gòu)放大器51
• 6.2.4 差分驅(qū)動(dòng)放大器的實(shí)現(xiàn)51-52
• 6.3 驅(qū)動(dòng)放大器的輸出匹配52-54
• 6.4 增益可調(diào)及偏置電路的實(shí)現(xiàn)54
• 6.5 驅(qū)動(dòng)放大器的仿真結(jié)果54-58
• 6.5.1 S參數(shù)的仿真55
• 6.5.2 驅(qū)動(dòng)放大器的線性度仿真55-56
• 6.5.3 不同功率增益的頻譜圖56-58
• 第七章 超寬帶發(fā)射前端芯片的版圖設(shè)計(jì)及測(cè)試58-72
• 7.1 版圖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)58-59
• 7.1.1 版圖的匹配58-59
• 7.2 超寬帶發(fā)射前端版圖的設(shè)計(jì)59-63
• 7.2.1 混頻器晶體管的四方交叉60-61
• 7.2.2 混頻器偏置電路版圖61-62
• 7.2.3 驅(qū)動(dòng)放大器的四方交叉62
• 7.2.4 驅(qū)動(dòng)放大器的偏置版圖62-63
• 7.2.5 芯片照片63
• 7.3 鍵合測(cè)試板的設(shè)計(jì)63-64
• 7.4 發(fā)射前端芯片的測(cè)試結(jié)果64-69
• 7.4.1 1dB壓縮點(diǎn)的測(cè)試64-65
• 7.4.2 功率增益的測(cè)試65-66
• 7.4.3 三階截點(diǎn)(IP3)的測(cè)試66-69
• 7.5 驅(qū)動(dòng)放大器的在片測(cè)試結(jié)果69-70
• 7.5.1 S參數(shù)測(cè)試69-70
• 7.5.2 1dB壓縮點(diǎn)的測(cè)試70
• 7.5.3 三階截點(diǎn)(IP3)的測(cè)試70
• 7.6 本章小結(jié)70-72
• 第八章 總結(jié)與展望72-74
• 8.1 總結(jié)72-73
• 8.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-80
• 作者簡介80

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