本文選題：電流模式電路 + 射頻接收機(jī)前端電路�。� 參考：《廣西師范大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：現(xiàn)如今,無線通信領(lǐng)域飛速發(fā)展,與日常生活的關(guān)系日趨密切,各種無線通信協(xié)議的射頻前端電路互不兼容,這給人們的便攜化帶來了不便。因此設(shè)計能夠兼容多種無線通信協(xié)議的多模多頻射頻接收機(jī)前端就成為了研究的重點問題,而電流模式電路因其更高的工作速度、工作頻率,更低的工作電壓和功耗以及更簡便的電路結(jié)構(gòu)成為研究的熱點。本文旨在對電流模式射頻接收機(jī)前端電路進(jìn)行深入研究與設(shè)計。本文主要工作包含:1.在研究了傳統(tǒng)低噪聲放大器(LNA)的基本設(shè)計方法基礎(chǔ)上,本文研究了一種應(yīng)用于電流模式射頻接收機(jī)的寬帶低噪聲跨導(dǎo)放大器(LNTA),該LNTA由寬帶有源巴倫輸入級和電流鏡放大級兩部分組成,將接收到的單端射頻電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號并放大,最后電流差分輸出,可以直接驅(qū)動下一級的電流模式無源混頻器。該低噪聲跨導(dǎo)放大器在0.8-7.5GHz工作頻帶內(nèi)有較高而且穩(wěn)定的S21,為16.5-18.1dB,S11均小于-9dB,S12小于-43dB,噪聲系數(shù)均小于4dB,最小噪聲系數(shù)為3.5dB,滿足應(yīng)用于本文電流模式射頻接收機(jī)的設(shè)計要求。2.研究了一種可變增益電流模式寬帶射頻接收機(jī)前端電路,采用了零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu),涵蓋了 4-7.5 GHz的工作頻帶,可以支持WLAN 802.11a等通信協(xié)議,該射頻接收機(jī)前端電路是由低噪聲跨導(dǎo)放大級(LNTA)、I/Q正交兩路電流模式無源混頻開關(guān)級(Mixer)、可變跨阻增益的跨阻放大級(TIA)三部分組成。其中,低噪聲跨導(dǎo)放大級采用1中研究的LNTA結(jié)構(gòu);混頻開關(guān)級采用25%占空比的本振(LO)信號驅(qū)動,防止I,Q串?dāng)_,同時電流模式無源混頻開關(guān)對中沒有直流偏置電流通過,減小了閃爍噪聲;跨阻放大級采用兩級運放加可變電阻電容反饋的結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)可變電阻可以得到不同的增益,與此同時調(diào)節(jié)反饋電容可以穩(wěn)定電路的線性度。對該電路進(jìn)行了理論分析和軟件仿真,結(jié)果顯示所研究的射頻接收機(jī)前端電路在4-7.5GHz的工作頻帶內(nèi)可以實現(xiàn)增益可調(diào),同時線性度和噪聲系數(shù)也滿足設(shè)計要求。3.研究了一種以跨導(dǎo)增強(qiáng)共柵結(jié)構(gòu)TIA為負(fù)載的電流模式直接下變頻接收機(jī)前端電路,涵蓋了0.8-5 GHz的工作頻帶,可以支持GSM,TD-SCDMA,RFID等通信協(xié)議,該RF接收機(jī)前端電路是由LNTA、I/Q正交兩路電流模式無源混頻開關(guān)級、跨導(dǎo)增強(qiáng)共柵結(jié)構(gòu)跨阻放大級(TIA)三部分組成。其中,跨阻放大級采用共柵結(jié)構(gòu)將輸入的中頻電流轉(zhuǎn)化為中頻電壓并放大輸出,通過加入增益自舉技術(shù)使得TIA的輸入MOS管等效跨導(dǎo)增強(qiáng),從而輸入阻抗減小,提高了電流利用效率以及端口隔離度,同時跨導(dǎo)增強(qiáng)還使得TIA的跨阻增大,提高了電路的增益�？朔藥в须娮桦娙葚�(fù)反饋的運算跨導(dǎo)放大器中功耗、增益和帶寬之間的制約,以及噪聲和射頻信號通過反饋電容饋通至輸出端等缺陷。對該電路進(jìn)行了分析和仿真,結(jié)果顯示所研究的射頻接收機(jī)前端電路在0.8-5GHz的工作頻帶內(nèi)可以實現(xiàn)較高增益并且在寬頻帶內(nèi)波動很小,同時具有較好的線性度和噪聲性能,較好的隔離度,電路結(jié)構(gòu)簡單,滿足設(shè)計要求。4.針對在2.3GHz-2.4835GHz這個范圍頻段上諸多的無線射頻應(yīng)用如:Wi-Fi協(xié)議-IEEE 802.11b/g;藍(lán)牙 Bluetooth-IEEE 802.15.1;Zigbee-IEEE 802.15.4;Wireless USB 等。本文研究了一種工作在2.4GHz頻段范圍內(nèi)的射頻接收機(jī)前端電路。利用模塊融合技術(shù)將2.4GHz無源混頻器中的跨導(dǎo)級與低噪聲放大器合二為一,形成了 2.4GHz電流模式射頻接收機(jī)前端,降低了整個接收機(jī)前端的偏置電流。第一級為全差分低噪聲跨導(dǎo)放大級,采用源簡并電感共源電路結(jié)構(gòu),具有較好的輸入匹配特性,將射頻電壓轉(zhuǎn)化為射頻電流并放大;第二級為25%占空比本振驅(qū)動的電流模式無源混頻開關(guān)級,實現(xiàn)混頻并濾波;第三級為跨阻放大級,采用了跨導(dǎo)增強(qiáng)技術(shù)使得輸入阻抗降低,同時采用PMOS管分流技術(shù)減小負(fù)載電阻占用的電壓裕度,穩(wěn)定輸出靜態(tài)工作點,提高線性度。5.對所研究的可變增益寬帶電流模式直接下變頻接收機(jī)前端以及以跨導(dǎo)增強(qiáng)共柵結(jié)構(gòu)TIA為負(fù)載的電流模式直接下變頻接收機(jī)前端進(jìn)行了版圖設(shè)計和驗證。因為兩個電路的低噪聲跨導(dǎo)放大級和開關(guān)混頻級采用相同的結(jié)構(gòu),因此在版圖設(shè)計時可以共用,節(jié)省了版圖面積,降低了功耗。
[Abstract]:Nowadays, the rapid development of wireless communication field, the increasingly close relations with the daily life, the RF front-end circuit of various wireless communication protocols are not compatible, which brings inconvenience to people. So the design of portable wireless communication protocol compatible with a variety of multi-mode multi frequency RF receiver front-end has become the focus of the study, and the current the circuit model because of its higher working speed, working frequency, lower working voltage and the power circuit structure is simple and has become a hot research topic. This paper aims to study and design of RF receiver front-end circuit of current mode. The main work of this paper includes: 1. in the study of the traditional low noise amplifier (LNA) based on the basic the design method of wideband low noise transconductance amplifier, this paper presents a current mode used in RF receiver (LNTA), the LNTA is composed of broadband active balun. The current mirror amplifier is composed of two parts, the single ended RF voltage received signal into a current signal and current differential output amplifier, finally, can directly drive the current mode passive mixer to the next level. The low noise transconductance amplifier in 0.8-7.5GHz band high and stable S21, 16.5-18.1dB S11 and S12 are less than -9dB, less than -43dB, the noise coefficient is less than 4dB, the minimum noise coefficient is 3.5dB, meet.2. on a broadband RF variable gain current mode receiver front-end circuit design requirements by using the current mode of RF receiver, using the zero IF receiver, covering the 4-7.5 GHz band, can support WLAN 802.11a communication protocol, the RF receiver front-end circuit is composed of a low noise transconductance amplifier (LNTA), I/Q quadrature current mode passive mixer switch level (Mixer), Transimpedance amplifier with variable transimpedance gain (TIA) is composed of three parts. Among them, the low noise transconductance amplifier is employed to study the structure of LNTA 1; mixing switch level with 25% duty cycle oscillator (LO) signal driving, prevent I, Q crosstalk, and the current mode passive mixing switch to no DC the bias current, reduces the flicker noise; transimpedance amplifier stage with two stage amplifier plus variable resistor capacitor feedback, get a different gain by adjusting the variable resistor can be adjusted at the same time, the feedback capacitor can stabilize the linearity of the circuit. The circuit is analyzed and simulation results show that the RF front-end receiver circuit the study can realize adjustable gain in 4-7.5GHz frequency range, and linearity and noise coefficient can meet the design requirements of.3. in a study of transconductance enhancing common gate structure TIA current mode load. A direct conversion receiver front-end circuit, covering the 0.8-5 GHz band, can support GSM, TD-SCDMA, RFID communication protocol, the RF receiver front-end circuit is composed of LNTA, I/Q quadrature current mode passive mixer switch level, enhanced transconductance cascade structure transimpedance amplifier stage (TIA) is composed of three parts. Among them, the cross resistance amplification using common gate structure if current input into intermediate frequency voltage and output, enhanced by the addition of bootstrapping technique makes the input MOS TIA equivalent transconductance, thereby reducing the input impedance, improve the current efficiency and the port isolation, but also makes the transimpedance transconductance enhancement increase TIA, improve the gain of the circuit. To overcome the power operational transconductance amplifier with resistor capacitor feedback in control between the gain and bandwidth, and noise and radio frequency signal through the feedback capacitor feedthrough to the output terminal etc. Defects. The circuit was simulated and analyzed. The results show that the RF front-end circuit can achieve high gain and wide band is very small fluctuation in 0.8-5GHz frequency range, and has good linearity and noise performance, good isolation, simple circuit structure, meet the design requirements for wireless.4. the application of radio frequency in the 2.3GHz-2.4835GHz frequency range of -IEEE 802.11b/g such as Wi-Fi protocol; Bluetooth Bluetooth-IEEE 802.15.1; Zigbee-IEEE 802.15.4; Wireless USB. This paper studies the RF receiver front-end circuit for working in the 2.4GHz frequency range. The module of the transconductance stage and fusion technology will be made one 2.4GHz low noise amplifier passive mixer, form the current mode 2.4GHz RF front-end receiver, reduces the bias current of the front-end. The first level is A fully differential low noise transconductance amplifier, the source degeneration inductor source circuit structure, has good input matching characteristics, RF voltage into RF current and amplification; grade second accounted for 25% of the current mode passive mixer switch level air Lo drive, realize mixing and filtering; the third level for the transimpedance the amplifier stage, the transconductance enhancement technology so that the input impedance is reduced, at the same time using PMOS tube shunt technique to reduce the load resistance occupied by the voltage margin, stable quiescent output, improve the linearity of frequency.5. receiver front-end wideband variable gain current mode of direct and transconductance enhancing common gate structure TIA current mode the load of the direct conversion receiver front-end for layout design and verification. Because of the low noise transconductance amplifier and two circuit switching mixer stage adopts the same structure, so in the layout design It can be shared, save the area of the layout and reduce the power consumption.

【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN851

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本文編號：1756215