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近年来,随着无线通信技术的迅猛发展,无线终端的小型化、低功耗、低成本、高性能已成为发展趋势,为此单片集成收发器已成为国际上研发热点,其中对关键技术——射频集成电路(RFICs)的研究令人瞩目。随着深亚微米CMOS工艺的成熟,在RF频段使用低成本的CMOS工艺替代以往的GaAs、Bipolar工艺实现收发器射频前端已成为当今热点。本文着重对无线接收前端电路中的射频接收模块进行了深入的研究,并采用TSMC0.25μm工艺设计实现了2.4GHz频段的低噪声放大器、混频器和收发开关。
本文通过对各种无线接收机结构的比较,给出了适合无线通信应用的低中频镜像抑制结构接收机。简要介绍了射频集成电路中的无源器件:电阻、电容和电感。随后针对无线通信应用的2.4GHz低噪声放大器、混频器和收发开关进行了详细的探讨,重点进行噪声和线性度等的分析,设计了源极电感负反馈共源共栅结构的低噪放、基于Gilbert单元的改进型双平衡混频器以及端口复用对称式串并结构开关,并给出了详细的设计流程。采用Cadence公司的AnalogArtist和SpectreRF完成上述电路设计与仿真,采用Virtuoso完成电路版图设计,并通过了DraculaDRC和LVS验证。
在2.4GHz频段仿真结果如下:低噪声放大器增益11.7473dB,噪声系数3.3dB,三阶输入截止点(ⅡP3)为-2.145dBm;改进的Gilbert双平衡混频器的转换电压增益为11.0948dB,噪声系数为8.836dB,三阶输入截止点为-3.7245dBm;收发开关插入损耗为1.0dB,隔离度为30.5dB。本文设计实现的低噪声放大器、混频器以及收发开关达到了设计目标,可应用于Bluetooth、WLAN等无线通信系统中。