硅基深亞微米CMOS數(shù)字廣播接收機(jī)前端芯片與系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來高速發(fā)展的數(shù)字廣播系統(tǒng)需要高性能、低功耗和低成本的多協(xié)議便攜式接收機(jī)。DRM(包括DRM30與DRM+)和DAB作為成熟的數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)本地、區(qū)域、全國(guó)和全世界廣播的無縫覆蓋，是數(shù)字廣播的最佳選擇。本文主要對(duì)兼容DRM和DAB數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)的射頻前端芯片和系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究。首先介紹DRM30、DRM+和DAB標(biāo)準(zhǔn)，并基于SMIC0.18μm RF-CMOS工藝設(shè)計(jì)完成了兼容DRM/DAB標(biāo)準(zhǔn)的射頻接收前端芯片。采用DRM/

2、DAB無線接收芯片在26MHz實(shí)現(xiàn)了DRM的無線收發(fā)系統(tǒng)，驗(yàn)證了芯片的功能和性能。
　　本文對(duì)應(yīng)用于DRM/DAB數(shù)字廣播的寬帶接收機(jī)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。通過比較經(jīng)典接收機(jī)架構(gòu)，考慮鏡像干擾和諧波混頻干擾，提出上邊注入、固定中頻的雙變頻正交低中頻接收機(jī)架構(gòu)?；贒RM和DAB標(biāo)準(zhǔn)，推導(dǎo)出接收機(jī)的頻率規(guī)劃、靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍、增益分配、信噪比、噪聲系數(shù)、選擇性、鏡像抑制和線性度等指標(biāo)要求。考慮鏈路子模塊級(jí)間阻抗不匹配對(duì)噪聲系數(shù)的影響，對(duì)接

3、收機(jī)內(nèi)子模塊電路的指標(biāo)進(jìn)行分配。
　　本文首先對(duì)Gilbert結(jié)構(gòu)寬帶射頻混頻器進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)?；诒菊裥盘?hào)方波疊加原理，實(shí)現(xiàn)本振信號(hào)三階諧波分量和五階諧波分量的抵消。通過采用改進(jìn)型的多柵輸入晶體管結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)混頻器的直接耦合輸入。改進(jìn)型的多柵輸入晶體管在提升混頻器線性度的同時(shí)，擴(kuò)展帶寬、減少芯片尺寸，降低控制電壓對(duì)信號(hào)通路的干擾。電路采用中芯國(guó)際0.18μmRF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)后，對(duì)芯片進(jìn)行鍵合測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:諧波抑制器能夠

4、在低電壓下工作，不犧牲增益、噪聲和功耗等性能，有效提升了混頻器的IIP3指標(biāo)，并改善了混頻器的三次和五次諧波混頻的抑制特性。
　　本文接下去對(duì)應(yīng)用于第一中頻的低電壓可變?cè)鲆娣糯笃鬟M(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。分析比較CMOS工藝VGA電路的優(yōu)缺點(diǎn)，采用折疊式吉爾伯特結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低電壓工作，并引入非對(duì)稱尾電流源擴(kuò)展了電路的線性范圍?？勺?cè)鲆娣糯笃鞯闹笖?shù)控制電路采用差分線性區(qū)指數(shù)控制電路，保證電路增益控制的PVT無關(guān)特性。電路采用中芯國(guó)際0.18μm

5、RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，對(duì)芯片進(jìn)行鍵合測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:第一中頻可變?cè)鲆娣糯笃髟?5.452MHz頻率處，能夠?qū)崿F(xiàn)-20～20dB的增益動(dòng)態(tài)范圍;在低增益模式下，電路的1dB增益壓縮點(diǎn)為1.56dBm@35.452MHz;在高增益模式下，電路的噪聲系數(shù)為23dB。
　　本文進(jìn)一步對(duì)電流模中頻無源混頻器進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。在分析CMOS工藝下無源混頻器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，比較電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)無源混頻器。基于低功耗與高線性度考慮，提出電流模式

6、下接收機(jī)中頻通路的概念，并提出一種新結(jié)構(gòu)的電流模電流驅(qū)動(dòng)無源混頻器電路?；祛l器輸入跨導(dǎo)級(jí)采用并聯(lián)反饋全差分放大器，開關(guān)級(jí)采用動(dòng)態(tài)偏置開關(guān)管結(jié)構(gòu)，電流放大級(jí)采用全平衡多輸出電流轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。電路采用中芯國(guó)際0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，對(duì)芯片進(jìn)行鍵合測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:電流模式下的中頻混頻器能夠在較低電壓下，滿足增益、線性度、噪聲和功耗等性能要求。
　　本文還對(duì)應(yīng)用于第二中頻的低電壓可變?cè)鲆娣糯笃鬟M(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。通過分析比較

7、基于CMOS工藝下增益可編程放大器電路的優(yōu)缺點(diǎn)，采用電流模增益可編程放大器電路實(shí)現(xiàn)低電壓下電流放大。增益可編程放大器采用工作在Class-AB狀態(tài)的全差分電流放大器單元，并引入電流模直流失調(diào)電路穩(wěn)定電路的直流工作點(diǎn)。電路采用中芯國(guó)際0.18μmRF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，對(duì)芯片進(jìn)行鍵合測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:電流模式下的增益可編程放大器器能夠在較低電壓和較低功耗下，不犧牲增益范圍和增益誤差等性能，大幅度改善了電路的線性度。
　　本文最后對(duì)