射频前端高线性度混频器的研究与设计

摘要

随着无线通信网络的高速发展，对无线通信设备的性能提出了更高的要求，高性能的无线接收机射频前端迫切需要。在射频接收机前端中，混频器是一个关键性模块，其线性度决定了整个接收机的动态范围，因此研究高线性度混频器已成为人们研究射频接收机系统的重点。一般而言，随着混频器动态范围的提高，混频器的直流功耗也随之增加。所以如何在低功耗的基础上提高混频器的线性度，同时兼顾其他性能，是目前混频器设计的难点。
　　本论文首先阐述了GPS卫星导航和WLAN802.11 b/g标准的非蜂窝无线通信在社会生活中的重要使用，介绍了混频器目前国内外的研究现状。然后详细分析了吉尔伯特混频器的转换增益、噪声、线性度以及提高这些性能的具体优化技术。最后在此基础上，采用TSMC0.18um CMOS RF工艺完成了以下两款下混频器的设计与仿真:
　　(1)研究了一种应用于GPS卫星导航的射频前端下混频器。该电路主要是通过采用派生项叠加技术、改进型动态电流注入技术、RC网络负载技术来提高混频器的线性度和降低噪声。本设计工作于GPS L1频段1.575GHz，电路的前仿真结果为:在1.8V供电电压下，转换增益为13.1dB，输入三阶交调点(IIP3)为4.4dBm，噪声系数为7.45dB，电路功耗为7.2mW。
　　(2)研究了一种适用于2.4G WLAN CMOS高线性度下混频器。该设计创新了一种第三阶跨导系数修正电流镜对电路，有效的改善混频器的线性度，而且增加了设计的自由度;采用电流注入技术来提高开关级的噪声性能;源极电感反馈进行射频端口的输入匹配，同时还提高混频器的线性度。该电路工作在1.8V电压下，前仿真结果为:电压转换增益14.6dB，输入三阶交调点(IIP3)达到12.69dBm，噪声系数为7.13dB，电路的功耗小于8 mW。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本文的结构安排

第2章 混频器理论及其性能指标

2．1 混频器基本原理

2．2 混频器的分类

2．3 混频器的性能指标

2．4 本章小结

第3章 吉尔伯特混频器性能分析

3．1 增益性能分析及设计考虑

3．2 噪声性能分析及设计考虑

3．2．1 跨导级噪声

3．2．2 开关级噪声

3．2．3 负载级噪声

3．3 吉尔伯特混频器线性度分析

3．3．1 跨导级非线性分析

3．3．2 开关级非线性分析

3．4 本章小结

第4章 应用于GPS卫星导航的射频前端下混频器设计

4．1 GPS接收机混频器设计指标

4．2 电路设计分析

4．2．1 改进型动态电流注入技术

4．2．2 RC网络负载设计

4．2．3 跨导级的选取

4．3 整体电路结构设计

4．3．1 增益分析

4．3．2 噪声分析

4．3．3 线性度分析

4．4 混频器仿真结果

4．3 混频器的版图设计

4．4 性能对比

4．5 本章小结

第5章 2．4G WLAN CMOS高线性度下混频器设计

5．2．1 电路结构分析

5．2．2 跨导级分析

5．2．3 源极电感反馈技术

5．2．4 增益分析

5．3 混频器的仿真结果

5．4 混频器的版图设计

5．5 性能对比

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文研究工作总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢

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