DVB-C调谐芯片中高性能混频器的设计与实现

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1、摘要随着数字视频广播技术的不断发展和数字有线电视的快速普及，数字电视将拥有十分广阔的市场前景。数字电视调谐器是数字电视接收机的前置级部件，在数字电视技术中占有十分重要的地位。混频器是射频接收机的重要组成部分，在通信系统完成信号频段的搬移。高性能的接收机要求混频器满足一定的增益，有较高的线性度和较低的噪声系数。由于混频器处于接收机射频的最后一级，其线性度直接决定接收机的线性度。本文研究了基于数字有线电视(DVB．C)标准的数字电视调谐器中高性能的CMOS下变频混频器的设计与实现。本文首先介绍了混频器的基本工作原理、分类和几种典型的拓扑结构。然后通过介绍一般的非线性系统，分析了混频器的输入

2、1dB压缩点CPI和输入三阶互调点IIP3等重要的衡量线性度高低的指标以及增益和噪声系数等指标，然后本文介绍了CMOS吉尔伯特混频器的性能分析并在此基础上列出了优化混频器线性度的六种设计方案，详细分析了单平衡、双平衡CMOS混频器的非线性跨导模型和采用的正交反馈优化技术提高吉尔伯特混频器线性度的原理和设计方法。在比较各种调谐器架构优劣性能的基础上，本文采用了三波段单变频架构调谐器，混频器核心部分在低波段采用电阻源级负反馈技术，中高波段采用正交反馈技术，并给出本振缓冲、中频输出和偏置电路的具体设计。在电路设计完成后，用CadenceVirtuoso软件实现了电路的版图设计。本课题的实现基

3、于特许半导体(Chartered)公司0．250mCMOS工艺库，整个调谐芯片在Chartered公司进行了流片验证。经过严格测试，结果表明该混频器(包含中频放大器)低频段增益约34dB，lIP3达一9dBm：中高频段增益约34dB，IIP3达．7dBm，各项性能都能够很好地满足系统指标要求。带有该混频器的调谐芯片已经能够成功接收南京数字有线电视各频道节目。关键词：混频器；高线性度；正交反馈：数字电视调谐器；0．251xmCMOSABSTRACTWiththedevelopmentofthedigitalvideobroadcastingandtheextendingofthedigi

4、talⅣdigitalTVhasshownitspromisingfuture．Tuneristhefront—endofdigitalTVSOitplaysallimportantroleIndigitalTVtechnology．MixerisanimportantpartintheRFreceiver,translatingallincomingsignaltoanotherffequency．Ahighperformancereceiverrequiresthehighperformancemixerwhichshouldhasmoderategain，highiinearit

5、yandlownoisefigure．MixerexistsintheIaststageoftheRFreceiver,resultinginthelinearityofthemixerdecidesthelinearityofthewholereceiver．Inthisthesis，thedesignandimplementationofthehighperformanceCMOSdown．conversionmixerforDVB—CtunerinHDTVarestudied．Inthefirstpartofthetheory,classificationandtopologyo

6、fmixerarein仃oduced．th朗thispaperexplainsthe．1dBcompressionpointandlIP3ofmixerbyanalyzinganordinarynonlinearsystempresentsandtheconversiongainandnoisefigureofmixeraswell．Adetailedanalysisaboutgilbertmixerisgiven；Nonlinearmodelsofsingle．balancedanddouble—balancedmixers’transconductancestagesareanal

7、yzedseriously．LinearityoptimizationmethodsbasedontheGilbert-typemixeraresummal．izedbasedonforenamedtheory．111emethodappliedforthisthesisiscross—connectedtransconductance·Mixer’Sstructuresofthree．bandandqualitativeanalysisoft