应用于W波段低中频连续波雷达的上混频器设计

摘要

近年来，毫米波非接触式探测雷达在微小运动检测中发挥着重要作用，尤其对于生命体征探测有着很好的应用前景。基于多普勒相位调制的多普勒雷达技术，已成为研究的热点。本课题的多普勒探测雷达采用低中频正交结构，工作于W波段，以复信号解调法重构位移信息，在探测精度上具有独特优势。本论文根据该系统需求设计相应的上混频器电路。
　　本文设计的上混频器电路主要由混频器核心电路、单转双电路、输出缓冲器、以及匹配网络等构成。根据系统需求和混频器的结构特点，本文的混频器核心电路采用双平衡吉尔伯特结构，并选取伪差分跨导级、变压器负载级以满足低电源电压要求;为满足双平衡混频器差分输入的要求，输入端引入了单转双电路;为提高混频器的负载驱动能力，输出端引入了缓冲器，并采用中和电容技术，来减小Miller效应、提高电路稳定性;为减小高频下信号传输的损耗，设计了三个匹配网络，并以变压器实现，其中输入匹配网络和输出匹配网络还分别实现了单转双、双转单的功能。本文还分析了版图的设计要点，为充分考虑高频下寄生效应的影响，将电磁仿真和电路后仿真相结合，得到最终仿真结果，并提出优化建议。
　　本文采用TSMC65nm CMOS工艺完成整体电路设计，整体电路的芯片面积为0.624mm×0.602mm。本次设计的上混频器电路输入信号频率为10kHz～100kHz，本振信号频率为105GHz，在三个工艺角下的后仿真均能达到:转换增益大于1dB，OP1dB大于-9dBm，本振隔离度大于35dB，整体功耗小于20mW，电路功能实现，并完全达到系统的指标要求，可以应用于W波段低中频连续波雷达。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 非接触式生命探测雷达发展动态

1．3 CMOS毫米波混频器发展动态

1．4 本文主要研究内容及组织结构

1．4．1 研究内容

1．4．2 设计指标

1．4．3 论文组织结

第2章 非接触式探测雷达理论及系统架构

2．1 多普勒雷达技术简介

2．1．2 多普勒相位调制技术

2．2 多普勒雷达系统架构

2．2．1 低中频正交结构

2．2．2 复信号基带解调

2．2．3 本振载波的频率选择

第3章 混频器基础理论及电路设计

3．1 混频器基本概念

3．1．1 混频器基本原理

3．1．2 混频器指标要求

3．2 混频器结构

3．2．1 无源混频器

3．2．2 有源混频器

3．3 混频器电路设计

3．3．1 混频器设计指标

3．3．2 混频器电路设计

3．3．3 混频器仿真

第4章 辅助电路设计和仿真

4．1 单转双电路设计与仿真

4．2 缓冲器电路的设计与仿真

4．3 匹配网络设计与仿真

4．3．1 匹配网络概述

4．3．2 匹配网络设计与仿真

第5章 版图设计与后仿真

5．1 版图设计要点

5．1．1 版图布局布线

5．1．2 版图匹配性

5．1．3 版图隔离

5．2 系统版图及说明

5．3 系统后仿真结果与分析

5．3．1 转换增益

5．3．2 线性度

5．3．3 输出频谱

5．3．4 功耗

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文