基于CMOS工艺的802.11b射频发送器的研究与设计

摘要

随着低成本的标准CMOS工艺尺寸的不断缩小,最高工作频率已经可以满足射频集成电路的需求,国内外很多机构已经研究CMOS工艺实现射频电路。但是802.11b的CMOS射频发送器很少见,主要因为协议要求的高线性度CMOS功率放大器效率难以提高,发送器模块相互影响。
　　本论文的主要工作是设计了一款基于CMOS工艺802.11b发送器集成电路芯片,主要包括系统参数的确定,系统架构的选取,具体电路的设计,版图的设计等几个部分。电路模块包括Butterworth低通滤波器,2.45GHz正交上混频器,两级AB类线性功率放大器,基带放大器,正交分频器,带隙基准,偏置电路等模块。
　　论文重点和创新点在于两级 AB类功率放大器的设计部分。论文首次提出了两级AB类功率放大器输出级电路设计方法学,给出了可行的设计流程;AB类功放的两级均采取了线性化方法,其中驱动级为A类线性放大器,利用A类放大器与C类放大器的线性度补偿特性,对驱动级进行了线性度提高;在输出级采用AB类放大器,提出了基于晶体管强弱非线性模型的AB类功率放大器工作点优化设计方法,实现了功放输出级的最大线性化。上混频器采用了双平衡吉尔伯特结构来消除载波泄露,低频输入管采用源级负反馈来增加线性度。芯片采用Butterworth三阶低通滤波器,给出了利用反相积分器实现LC原型滤波器信号流图的方法,完成了有源RC低通滤波器的设计,带通截止频率为11MHz,通带内群延时小,这一设计方法对其他有源滤波器的设计有指导意义。
　　芯片采用SMIC的0.18umCMOS工艺来实现,完成了电路设计和版图设计,测试正进行中。仿真结果显示,仿真结果显示射频发送器输出三阶交调点为32.8dBm,最大发送功率16dBm,功率放大器效率达19％,整个芯片消耗112mA电流;在输入QPSK调制信号的情况下,发送器输出可以满足802.11b的频谱罩要求,星相图没有畸变。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究现状

1.3 论文的主要工作和创新点

1.4 论文的结构安排

第二章 发送器系统参数的确定和架构的选取

2.1 概述

2.2 802.11b协议的系统性能指标

2.3 发送器中非理想因素对系统性能的影响分析

2.4 发送器结构的选取

2.5 发送器设计指标的确定和分配

第三章 全集成有源低通滤波器的设计

3.1低通滤波器的类型选择

3.2 三阶RC有源低通滤波器的设计

3.3有源低通滤波器中运算放大器的设计

3.4有源RC低通滤波器的性能

第四章 正交上变频混频器的研究与设计

4.1 混频器的基本工作原理和性能指标

4.2 双平衡有源混频器

4.3 本文的正交上变频混频器的设计

4.4 混频器电路仿真与结果分析

第五章 AB类射频功率放大器研究与设计

5.1 功率放大器的基础

5.2 802.11b协议对功率放大器性能的要求及放大器类型的选取

5.3 两级PA总体电路图

5.4 驱动级设计

5.5. 输出级设计

5.6 仿真结果

第六章 射频发送器的版图和仿真

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文和申请专利