超宽带CMOS下变频混频器优化设计

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1、；拿未)!p—pl硕士学位论文瘳乞和一超宽带CMOS下变频混频器优化设计AnOptimizationDesignofUWBCMOSDownConversionMixer作者：倪炜豪导师：刘章发北京交通大学2013年7月中图分类号：TN432．TN856UDC：学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文超宽带CMOS下变频混频器优化设计IIIIlllllIIIIIIIIIIIIIlUllIIIY2428237AnOptimizationDesignofUWBCMOSDownConversionMixer作者姓名：倪炜豪导师姓名：刘章发学位类别：学术学号：10120033职称：教授

2、学位级别：硕士学科专业：微电子学与固体电子学研究方向：射频集成电路设计北京交通大学北尿父逋大字2013年7月致谢本论文的工作是在我的导师刘章发教授的悉心指导下完成的。刘章发教授在学习上和生活上都给予了我很大的关心和支持，并对我的科研工作和论文提出了许多宝贵意见，他严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来刘章发老师对我的关心和指导。在实验室工作及撰写论文期间，吴传奇、王静、赵寰宇等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。史室撞墓中文摘要摘要：近年来，超宽带(UWB)

3、技术因其抗干扰性强，传输速率高，功耗小等优点成为无线通信的发展趋势。结合这个趋势，对超宽带无线接收机中的器件进行研究很有必要。下变频混频器是接收机的重要组成部分，因其端口多、处理的信号频率多成为设计的难点和重点，并且传统的混频器拓扑结构已不能满足射频集成电路的发展需要。因此本文针对超宽带下变频混频器做出一种优化设计。文章先介绍了优化设计可能需要的射频电路理论基础，进而阐述了混频器性能参数和常用技术，最后重点分析原理图设计、版图设计、前后仿真，并解释采用此设计方案的理由和优势。本论文为达到使混频器参数折衷优化的目的，对各级结构做出了改进。在达到阻抗匹配的过程中，史密斯圆图起到了很大作用，通过

4、研究圆图可以判断带宽上的匹配状况和为达到阻抗匹配需插入的元件，最终使端口得到匹配。同时跨导级使用了一种差分前馈补偿结构，采用谐波平衡分析法，极大地消除三阶谐波干扰，从而显著提高线性度。相应的，开关对采用了动态电流注入结构，弥补了静态电流注入技术噪声、增益性能不好的缺点。并且开关对共源极并联插入电感，与共源节点的电容产生LC谐振，改善源节点电容对线性度、噪声和增益的影响。输出级则采用带有输出共模控制电路的有源PMOS管作负载。输出端还连接一种缓冲放大器电路，它可以简单的把输出匹配在50Q。本文给出了以上设计的详细思路和过程。设计采用中i阵国际SMIC0．189mRFCMOS工艺，使用CADE

5、NCESPECTRERF工具进行仿真，Virtuoso工具完成版图设计。电路工作在1．8V电源电压下，工作带宽为3．1～10．6GHz，中频频率为50MHz。经过后端仿真，结果显示输入端口的回波损耗基本在带宽上小于一10dB，最大转换增益达到了5．3dB，噪声系数低于20dB，IIP3在整个带宽上高于1．5dB，最高可达到6．4dB。优化设计使得混频器各项性能参数达到合理的指标范围内，并在线性度性能上表现更好。关键词：超宽带；无线接收机；混频器；CMOS射频集成电路；阻抗匹配分类号：TN432；TN856——一△旦S!竖△￡里ABSTRACTABSTRACT：Inrecentyears，U

6、WB(UltraWideBandwidth)technologyhasbecomethedevelopmenttendencybecauseofitsstronganti—interferenceperformance,hightransmissionrate,lowpowerconsumption．InordertomeetthetendencNitisnecessarytoresearchthecomponentsinUWBwirelessreceivet．DownconversionmixeriSanimportantcomponentofreceiver．ItiSdifficult

7、madsignificanttodesignonebecauseofitsmultipleportsandmultipleprocessingfrequencies，Whatismore，therequirementsofRFICdevelopmentcan’tbemetbyconservativemixerstructure．Consequently,arloptimizationdesignofUWBdownconv