基于SiGe技术的5GHz频段射频接收机前端研究

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随着集成电路产业的发展,RFIC(射频集成电路)设计正在步入SoC(片上系统)芯片的时代。无线终端市场的蓬勃发展促使RFIC(射频集成电路)设计以低成本和高集成度为目标,这促进了零中频体系结构成为了单片RFIC收发芯片设计中的首选结构。特别是在5-6GHz(U-NII波段)波段应用的无线终端中更是显得突出(例如:高速无线局域网WLAN-802.11a)。快速发展的RFIC工艺技术极大地促进了片上无源器件(特别是片上电感)的性能,也因此打开了RFIC单片化设计的大门。然而,在实际设计中,仍然要面对零中频体系结构很多自身固有的问题,比如:二阶失真、闪烁噪声和LO(本振)自混频造成的DC-offset(直流偏移)问题等等。因此零中频接收机相关的问题成为了现今RFIC研究领域的一大热点。在诸多工艺中,SiGe BiCMOS工艺技术的进步为以上问题提供了新的解决途径。SiGe BiCMOS技术与成熟的Si工艺技术相兼容,并且可以使用现有的Si工艺生产线进行生产,这使得它的性价比比较高。其次,由于采用了SiGe HBT(异质结晶体管)技术,SiGe BiCMOS工艺的高频率性能非常的高。另外,BiCMOS工艺本身可以很容易的集成数字、模拟和射频电路以构成高集成度的SoC芯片。本论文的工作主要是5GHz射频前端系统与电路的研究、设计与防真。首先对系统结构进行了简单的研究,并确定了使用零中频体系结构。其次,讨论了LNA的设计与仿真和亚谐波混频器(sub-harmonic mixer,SHM)的设计与防真,最后探讨了RFIC设计过程种的一些其他问题。LNA的设计使用单级的(cascode)共发射极-共基极拓扑结构。输入端口采用发射极负反馈电感进行阻抗匹配,并尝试性的讨论了采用键合线代替这个电感。同时使用串联电感输出匹配方法。最后仿真了LNA在5-6GHz频段中的增益、隔离度、线性度和噪声指数(NF)的结果来衡量LNA的性能。SHM(亚谐波混频器)采用有源双平衡混频器的结构,并且设计成为2次谐波I/Q混频。并且在混频器单元中包含了单端-差分变换电路、缓冲放大器和I/Q多相滤波器电路。
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