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无线通信系统的核心部分包括发射机和接收机。经典接收机系统一般由天线、镜像滤波器、低噪声放大器、混频器、中频放大器等部分组成。本文主要研究接收机系统中的混频器和中频放大器。讨论了这两种电路的功耗、增益、噪声、线性度等一些关键指标以及一些提高电路性能的方案。使用IHP(Innovations for High Performance Microelectronics)0.25μm SiGe工艺设计了两种混频器电路,并且使用AMS(Austria Micro-Systems)0.35um SiGe工艺设计了一种中频放大器电路。
接收机中的混频器用于实现下变频,即由射频信号和本振信号产生中频信号。常见的混频器电路一般可以分为有源(Gilbert)和无源(passive)两种结构。本文同时设计了这两种结构的混频器,用于实现相同的电路功能,并且进行了比较和对照。结果表明,有源结构通常表现出可观的转换增益和良好的噪声性能,但是由于双极型器件本身性能的限制,有源混频器的线性度表现比较一般,同时,有源结构的功耗也比无源结构大。另一方面,无源混频器不产生转换增益,但是具有比较出色的线性度和相对低的功耗,同时,由于无源混频器多由MOS器件组成,电路的噪声表现欠佳。两种电路均使用IHP 0.25μm SiGe BiCMOS工艺设计,主要指标良好,并且有各自的突出优点。
中频放大器一般用于实现足够的中频增益。考虑到无线信号的动态范围,有时还需要具有自动增益控制功能。本文设计了一种具有自动增益控制功能的中频放大器,应用于数字中频系统中,能够将动态变化的中频信号放大为峰峰值固定的电压信号,供后级的模数转换器进行转换和处理。设计的难点在于实现一个性能良好的自动增益控制环路,得到幅值精确的固定输出,并且能够有效驱动后级电路。电路使用AMS 0.35μm SiGe BiCMOS工艺设计,该工艺能提供性能良好的射频器件。本文设计的中频放大器和同种工艺实现的低噪声放大器、混频器已经被集成到一起,实现了单片接收机前端,应用于高性能雷达系统中。
本文对混频器和中频放大器的部分关键指标进行了分析和讨论,得出一些对设计具有指导意义的结论。比较了一些提高电路性能的方案并在设计中进行了应用和对照。设计出具有应用价值的电路。