基于SiGe工艺的超宽带I/Q解调器设计

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近年来,无线通信得到了显著的发展,高性能的无线通信产品广泛应用在军事和民用领域,影响着人们生活的方方面面。在各个领域的广泛应用要求现代无线通信接收系统不仅具有高灵敏度、高线性度的性能,而且对其宽带化的要求也日益提高。超宽带技术能够提供高速率、低功耗和低成本的短距离无线链路,在短距离无线通信领域具有巨大的潜力。由于其发射功率低,能与当前的无线通信系统共存,因而可以缓解日趋紧张的频带资源需求。为了实现超宽带接收系统的整体要求,其关键模块正交解调器的设计至关重要,本论文详细设计了一款基于SiGe工艺的超宽带I/Q正交解调器。首先介绍了SiGe工艺的特点以及选择此工艺的原因,然后分析了镜像抑制原理,详细介绍I/Q正交信号产生电路,给出了信号幅度与相位失配的优化方法,本设计采用的多项滤波器电路实现正交信号幅度误差小于0.1dB,相位误差小于0.7°。混频器采用经典的Gilbert单元电路,详细介绍了电路的转换增益、噪声系数、线性度、端口隔离度和阻抗匹配等参数的仿真方法与优化分析。另外对其它的单元电路做了原理分析与参数仿真。最后给出了整体电路的版图设计,介绍了布局布线原则、匹配和对称性设计思想。该解调器电路包括射频V/I转换电路、Gilbert混频电路、中频缓冲电路,偏置电流电路,并且内部集成了高性能I/Q正交信号产生电路。该解调器设计了使能端ENBL,从而降低电路的工作功耗。同时可以通过电流调控引脚分别与电源或者地连接,对芯片工作电流进行调整,从而实现线性度和噪声系数的折中。该电路最终实现射频、本振端口工作在0.4-4GHz范围内。当工作频率为900MHz时,转换增益为6.9dB,噪声系数为12dB,输入三阶交调截点为23dBm,1dB压缩点输入功率为4dBm。由于要实现超宽带接收系统的单片集成,考虑到工艺兼容性,本次设计选择TSMC的0.35μm SiGe BiCMOS工艺。本次设计的超宽带正交解调器利用Cadence SpectreRF软件进行电路仿真和优化,Virtuoso工具完成版图设计和前后仿真对比,最后给出了该设计的测试结果,测试结果基本符合设计的指标要求。
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