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C波段射頻收發(fā)芯片中頻模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2017-08-05 08:28

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【摘要】:隨著有源電子掃描陣列(AESA, Active Electronic Scanning Array)技術(shù)的迅速發(fā)展,采用AESA技術(shù)的有源相控陣系統(tǒng)對(duì)射頻收發(fā)前端的要求越來(lái)越高。相控陣多功能芯片(Multi-function Chip, MFC)作為解決下一代低成本、高集成度、多功能射頻收發(fā)前端的有效技術(shù)途徑之一,目前正在被工業(yè)界、軍品界廣泛的采用。多功能芯片是指將AESA收發(fā)前端原本由多個(gè)MM1C完成的移相、衰減、放大等功能集成在一顆MMIC芯片上實(shí)現(xiàn)。微電子技術(shù)的發(fā)展,尤其是CMOS工藝的日趨成熟,為實(shí)現(xiàn)高集成度、低成本的相控陣多功能芯片提供了新的契機(jī)。本文采用0.18μm RF CMOS工藝設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于C波段AESA射頻收發(fā)芯片的中頻模塊。本文首先介紹了中頻模塊的總體結(jié)構(gòu)以及中頻模塊使用的可變?cè)鲆娣糯笃�、�?qū)動(dòng)放大器、巴倫電路的基本理論。接收中頻模塊包含有源雙轉(zhuǎn)單巴倫和中頻驅(qū)動(dòng)放大器,其中有源雙轉(zhuǎn)單巴倫采用兩級(jí)結(jié)構(gòu),第一級(jí)電路將差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相電壓信號(hào),第二級(jí)電路實(shí)現(xiàn)了同相電壓信號(hào)電流域相加;中頻驅(qū)動(dòng)放大器采用AB類共源共柵放大器結(jié)構(gòu),在保證線性度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了輸出匹配。發(fā)射中頻模塊包含有源單轉(zhuǎn)雙巴倫和可變?cè)鲆娣糯笃?其中有源單轉(zhuǎn)雙巴倫采用交叉耦合技術(shù)提高增益,降低功耗;可變?cè)鲆娣糯笃鞑捎每鐚?dǎo)可變的開環(huán)結(jié)構(gòu)降低噪聲,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較大的帶寬。論文給出了中頻模塊前仿真、版圖設(shè)計(jì)和后仿真,并完成流片測(cè)試。在片測(cè)試結(jié)果表明:在3.3V電源電壓下,接收狀態(tài),工作電流約為30mA,電壓增益為2.01dB,帶內(nèi)波動(dòng)小于1dB,輸出1dB壓縮點(diǎn)為8.5dBm,在1.3-1.4GHz工作頻段內(nèi)S22小于-15dB;發(fā)射狀態(tài),工作電流約為30mA,帶內(nèi)波動(dòng)小于1dB,輸入1dB壓縮點(diǎn)為-2dBm,在1.3-1.4GHz工作頻段內(nèi)S11小于-15dB。本文設(shè)計(jì)的中頻模塊具有匹配良好、線性度高、單端口收發(fā)等優(yōu)點(diǎn),芯片工作性能穩(wěn)定,可應(yīng)用于C波段射頻收發(fā)芯片中。
【關(guān)鍵詞】:中頻 可變?cè)鲆娣糯笃?/strong> 巴倫 高集成度
【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)】:TN859
【目錄】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 緒論9-15
  • 1.1 研究背景9
  • 1.2 研究現(xiàn)狀9-11
  • 1.2.1 可變?cè)鲆娣糯笃鞯膰?guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)9-10
  • 1.2.2 驅(qū)動(dòng)放大器的國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)10-11
  • 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容及設(shè)計(jì)指標(biāo)11-13
  • 1.3.1 研究?jī)?nèi)容11-12
  • 1.3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)12-13
  • 1.4 論文的結(jié)構(gòu)13-15
  • 第2章 中頻模塊電路原理15-35
  • 2.1 可變?cè)鲆娣糯笃鞯幕纠碚?/span>15-24
  • 2.1.1 可變?cè)鲆娣糯笃鞲攀?/span>15-16
  • 2.1.2 可變?cè)鲆娣糯笃鞯男阅苤笜?biāo)16-21
  • 2.1.3 可變?cè)鲆娣糯笃鞯幕倦娐方Y(jié)構(gòu)21-24
  • 2.2 驅(qū)動(dòng)放大器的基本理論24-29
  • 2.2.1 驅(qū)動(dòng)放大器概述24
  • 2.2.2 驅(qū)動(dòng)放大器的主要性能指標(biāo)24-29
  • 2.3 巴倫電路的基本理論29-34
  • 2.3.1 巴倫電路概述29-30
  • 2.3.2 單轉(zhuǎn)雙巴倫電路常用結(jié)構(gòu)30-33
  • 2.3.3 雙轉(zhuǎn)單巴倫電路常用結(jié)構(gòu)33-34
  • 2.4 本章小結(jié)34-35
  • 第3章 中頻模塊的電路設(shè)計(jì)35-59
  • 3.1 中頻模塊整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-36
  • 3.2 中頻雙轉(zhuǎn)單巴倫設(shè)計(jì)36-39
  • 3.2.1 中頻雙轉(zhuǎn)單巴倫電路設(shè)計(jì)36
  • 3.2.2 中頻雙轉(zhuǎn)單巴倫前仿真驗(yàn)證36-39
  • 3.3 中頻驅(qū)動(dòng)放大器設(shè)計(jì)39-43
  • 3.3.1 中頻驅(qū)動(dòng)放大器電路設(shè)計(jì)39-40
  • 3.3.2 中頻驅(qū)動(dòng)放大器前仿真驗(yàn)證40-43
  • 3.4 中頻單轉(zhuǎn)雙巴倫設(shè)計(jì)43-47
  • 3.4.1 中頻單轉(zhuǎn)雙巴倫電路設(shè)計(jì)43-44
  • 3.4.2 中頻單轉(zhuǎn)雙電路巴倫的前仿真結(jié)果44-47
  • 3.5 可變?cè)鲆娣糯笃髟O(shè)計(jì)47-50
  • 3.5.1 可變?cè)鲆娣糯笃麟娐吩O(shè)計(jì)47-48
  • 3.5.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)48-49
  • 3.5.3 可變?cè)鲆娣糯笃髑胺抡骝?yàn)證49-50
  • 3.6 中頻模塊前仿真50-57
  • 3.6.1 接收狀態(tài)的前仿真50-53
  • 3.6.2 發(fā)射狀態(tài)的前仿真53-56
  • 3.6.3 中頻模塊前仿真總結(jié)56-57
  • 3.7 本章小結(jié)57-59
  • 第4章 中頻模塊的版圖設(shè)計(jì)和后仿真59-69
  • 4.1 版圖設(shè)計(jì)的要點(diǎn)59-60
  • 4.1.1 版圖的匹配設(shè)計(jì)59
  • 4.1.2 版圖的噪聲優(yōu)化59-60
  • 4.1.3 版圖的可靠性設(shè)計(jì)60
  • 4.2 中頻模塊的版圖設(shè)計(jì)60-61
  • 4.3 中頻模塊后仿真61-68
  • 4.3.1 接收狀態(tài)的后仿真61-64
  • 4.3.2 發(fā)射狀態(tài)的后仿真64-67
  • 4.3.3 中頻模塊后仿真總結(jié)67-68
  • 4.4 本章小結(jié)68-69
  • 第5章 中頻模塊測(cè)試與驗(yàn)證69-81
  • 5.1 中頻模塊芯片引腳說明69-71
  • 5.2 中頻模塊儀器說明71
  • 5.3 中頻模塊測(cè)試71-80
  • 5.3.1 接收狀態(tài)測(cè)試71-75
  • 5.3.2 發(fā)射狀態(tài)測(cè)試75-79
  • 5.3.3 中頻模塊測(cè)試總結(jié)79-80
  • 5.4 本章小結(jié)80-81
  • 第6章 總結(jié)與展望81-83
  • 6.1 總結(jié)81
  • 6.2 展望81-83
  • 參考文獻(xiàn)83-87
  • 致謝87-89
  • 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文89

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