随着多媒体应用的迅速发展,无线多媒体终端数量以及终端之间通信的信息量不断增多,为保证足够的信息吞吐量,无线通信方案的复杂程度变得越来越高。10 GHz以内的频谱资源(如蓝牙、WiFi、GSM和GPRS等)越来越紧张,毫米波频段具有可用频谱多、开放资源充沛、传输速度高(6.7 Gbps)和配置方式灵活等优点,极大方便了目前各种移动多媒体的应用,而越来越受到人们的关注。本论文研究了毫米波发射机的架构、工作原理和设计方法,针对57 GHz-66GHz的CMOS毫米波发送机,在降低功耗、缩小芯片面积和提高电路性能上做了以下研究工作：(1)提出了一种带隔离环的叠层变压器,并给出了其2-π结构的等效电路。带隔离环叠层变压器的隔离度相对传统叠层变压器提高了14 dB,从而减少了大信号电路(如功率放大器)通过变压器电磁场泄漏对其它电路带来的影响。提出了一种紧凑型2-π结构变压器等效电路,该等效电路仅需7个变量,仿真结果与测试结果的误差低于5%。(2)基于变压器匹配网络,设计了一款带宽为57 GHz-66 GHz的基于IBM0.13 μm CMOS工艺的功率放大器,该功率放大器的面积为463 μm×168 μm。测试结果表明,其1 dB压缩点输出功率为5.5 dBm。为了进一步提高功率放大器的带宽和1 dB缩点输出功率,设计了一款带宽为47 GHz-67 GHz的基于变压器和传输线匹配网络的IBM 0.13 μmCMOS宽带毫米波功率放大器,该功率放大器的面积为630 μm×225 μm。测试结果表明,该功率放大器的3 dB带宽为20 GHz,1 dB压缩点输出功率为9.6 dBm。(3)提出了一种基于共面波导结构特征阻抗为50Q的键合线模型,该键合线模型可以显著减少芯片与印刷电路板(PCB)通过键合线连接时产生的阻抗变化,从而减少对电路性能造成的影响。为了避免静电释放(ESD)造成电路失效,采用了变压器的毫米波ESD保护方案,基于该方案提出了在变压器中心抽头处加入ESD保护电路的方法,可进一步增加ESD保护电路的保护效果而不增加ESD保护电路带来的损耗。(4)设计了基于推推(push-push)电路的注入锁定四倍频器和注入锁定混频振荡器两种电路,用来避免直接使用高功耗和高噪声的毫米波波段频率综合器作为本地振荡信号源。注入锁定四倍频器中的推推结构电路产生四倍频信号,同时抑制奇次谐波信号,四倍频结构相对传统倍频电路(二/三倍频器)提高了频率变化倍率。注入锁定混频振荡器的两个输入信号通过上变频混频器混频得到一个高频信号,然后将该信号注入到注入锁定振荡器中,从而得到一个所需要的输出振荡信号。(5)基于60 GHz无线通信标准,设计了一款由无源的巴伦、朗格耦合器、功率合成器、有源混频器、驱动放大器和功率放大器构成的57 GHz-66 GHz CMOS中频发射机。低中频发射机解决了传统发射机需要多次变频和直流失调等问题；采用了正交信号的处理方法,抑制了镜像信号带来的影响。基于发射机系统的面积、功耗和工艺实现难度等因素的考虑下确定并优化发射机总体性能指标,并通过是德科技公司的先进设计系统(ADS)软件对毫米波发射机进行系统级建模与验证,最后在IBM 130 nmCMOS工艺上设计和制造。该低中频发射机芯片的面积为3 mm×1.05 mm,测试结果表明,其转化增益17.17 dB,输出饱和功率9.53 dBm,功耗为168 mW。