cmos片上变压器建模及2.4ghz射频前端关键模块设计

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文中提出的MOSFET噪声模型加以简化，第一次分析了MOSFET栅极感应噪声电流对LNA噪声性能的影响，并且用数学公式推导了亚微米工艺下LNA的功耗与噪声之间的约束关系。但文献[14]指出Schaefer等提出的经验公式并不能很准确地预测深亚微米下LNA电路的性能，因为它没有全面考虑深亚微米工艺下MOSFET寄生效应的影响，同时也没有考虑MOSFET噪声参数随偏置和器件尺寸变化的影响。文献[15]通过在MOSFET的栅极和源极之间引入了一个并联电容，这样就解除了不加这个电容的LNA的功耗与噪声性能之间相互制约

2、的关系，这个方法就是著名的功耗受限下噪声、功率同时匹配的优化方法。Chiu等分析了电感源极负反[16]馈LNA噪声参数与偏置电压和MOS管宽长比的关系后，提出了一套迭代设计方法，同时，他也提出了衬底减薄工艺会改善LNA性能的结论。为了将MOSFET四个噪声参数表示成是[17][18]偏压、宽长比等的显式函数关系，人们提出了很多关于MOS管沟道的模型。但是，作为电路仿真模型，它们仍然很难给出直观的设计指导。另外，具有大寄生电容和占用大的面[19]积的ESD也称为了LNA设计一个难点，文献考虑将ESD吸收进LNA的输入匹配电路中，这样不但

3、实现了ESD保护，还可减小匹配元件的值。在混频器方面，因为增益和噪声等原因无源混频器很少应用于集成电路中；而有源混频器大多数是在Gilbert结构的基础上对电路进行改进来折衷考虑或者优化转换增益、线性度、[20]噪声系数、端口间隔离度等性能指标。提高混频器增益的方法有：提高跨导管的gm，采用[21][22]有源负载技术提高负载，电流注入技术，改善本振信号的幅度；对混频器噪声分析也是对跨导级、开关级、负载级考虑，分析了诸如衬底噪声，热噪声，Flicker噪声等；提高混频[23]器隔离度的方法有:共源共栅输入技术切断端口之间的寄生通路，传

4、输门开关技术降低电路[24][25]不匹配对隔离度的影响；改进线性度可以采用欠采样混频器、电位混频器等结构。1.3射频接收机的系统架构由于客观需求和市场竞争的需要，如何选择一个尽可能高性能的前提下同时具备低功耗、低价格等特点的收发机系统架构是成功设计无线射频收发机的关键任务。通常说来一个完整的接收机由射频前端模块、基带信号处理模块、应用接口三个部分组成。射频前端模块的功能是从很多的无线电信号中选出有用信号并放大，然后经过频率转换将射频信号转换为低中频信号或者基带信号；基带信号处理模块的功能是完成对接收信号的解调并提取接收信息；而应用接

5、口则提供用户数据和应用之间的接口。传统的射频前端接收机架构包括再生(Regenerative)、超再生接收机(Super–Regenerative)，外差(Heterodyne)、超外差接收机(Super-Heterodyne)，镜像抑制接收机（Image-Rejection），零中频接收机（Zero-IF）、低中频接收机(Low-IF)，还出现了亚采样接收机(Sub-Sampling)、数字中频接收机(Digital-IF)，以及高性能、高集成度的宽带接收机如宽带中频接收机(Wide-IF)、超宽带(UWB)接收机。现在常用的接收机

6、主要有三种系统结构，即超外差结构接收机、低中频接收机、零中频结构接收机。3杭州电子科技大学硕士学位论文LPFI900LO2RFBPFLNAIRFilterIFBPFVGALO1QLPF图1.1超外差式接收机结构框图超外差接收机是应用最广泛的一种系统结构，如图1.1所示，它有很好的频道选择和灵敏度，但是它存在镜像频率问题，需要镜像抑制滤波器，而且还至少需要一个中频滤波器，所以这种结构接收机所占的面积大不能集成，而且功耗大；为了解决超外差式接收机中镜像抑制滤波器难以集成的问题，Hartley和Weaver提出了镜像抑制接收机结构，这两种结

7、构都是采用改变电路结构来抑制镜像频率的干扰，如图1.2所示。A90°I移相器输出信号射频信号ALO1sin(ωLO1t+φLO1)ALO1cos(ωLO1t+φLO1)Q输出信号射频信号ALO1sin(ωLO1t+φLO1)ALO2cos(ωLO1t+φLO2)ALO1cos(ωLO1t+φLO1)ALO2sin(ωLO2t+φLO2)图1.2Hartley和Weaver镜像抑制接收机结构框图零中频接收机不需要镜像抑制滤波器和中频滤波器，图1.3为零中频接收机结构框图。其结构较超外差接收机简单许多，从天线接收到的射频信号经RFBPF和

8、LNA放大后，与互为正交的两路本振信号混频，分别产生同相和正交两路基带信号。由于本振信号频率与射频信号频率相同，因此混频后直接产生基带信号，而信道选择和增益调整均在基带上进行，由集成在芯片内部的低通滤波器和可变增益放大器