C波段射频收发芯片中频模块设计与实现

摘要

随着有源电子扫描阵列(AESA，Active Electronic Scanning Array)技术的迅速发展，采用AESA技术的有源相控阵系统对射频收发前端的要求越来越高。相控阵多功能芯片(Multi-function Chip，MFC)作为解决下一代低成本、高集成度、多功能射频收发前端的有效技术途径之一，目前正在被工业界、军品界广泛的采用。多功能芯片是指将AESA收发前端原本由多个MMIC完成的移相、衰减、放大等功能集成在一颗MMIC芯片上实现。微电子技术的发展，尤其是CMOS工艺的日趋成熟，为实现高集成度、低成本的相控阵多功能芯片提供了新的契机。
　　本文采用0.18μm RF CMOS工艺设计和实现了应用于C波段AESA射频收发芯片的中频模块。本文首先介绍了中频模块的总体结构以及中频模块使用的可变增益放大器、驱动放大器、巴伦电路的基本理论。接收中频模块包含有源双转单巴伦和中频驱动放大器，其中有源双转单巴伦采用两级结构，第一级电路将差分电压信号转换成同相电压信号，第二级电路实现了同相电压信号电流域相加;中频驱动放大器采用AB类共源共栅放大器结构，在保证线性度的同时实现了输出匹配。发射中频模块包含有源单转双巴伦和可变增益放大器，其中有源单转双巴伦采用交叉耦合技术提高增益，降低功耗;可变增益放大器采用跨导可变的开环结构降低噪声，同时实现了较大的带宽。论文给出了中频模块前仿真、版图设计和后仿真，并完成流片测试。在片测试结果表明:在3.3V电源电压下，接收状态，工作电流约为30mA，电压增益为2.01 dB，带内波动小于1dB，输出1dB压缩点为8.5dBm，在1.3～1.4GHz工作频段内S22小于-15dB;发射状态，工作电流约为30mA，带内波动小于1dB，输入1dB压缩点为-2dBm，在1.3～1.4GHz工作频段内S11小于-15dB。本文设计的中频模块具有匹配良好、线性度高、单端口收发等优点，芯片工作性能稳定，可应用于C波段射频收发芯片中。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 可变增益放大器的国内外研究状况及发展动态

1．2．2 驱动放大器的国内外研究状况及发展动态

1．3 本文的主要研究内容及设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文的结构

第2章 中频模块电路原理

2．1 可变增益放大器的基本理论

2．1．1 可变增益放大器概述

2．1．2 可变增益放大器的性能指标

2．1．3 可变增益放大器的基本电路结构

2．2 驱动放大器的基本理论

2．2．1 驱动放大器概述

2．2．2 驱动放大器的主要性能指标

2．3 巴伦电路的基本理论

2．3．1 巴伦电路概述

2．3．2 单转双巴伦电路常用结构

2．3．3 双转单巴伦电路常用结构

2．4 本章小结

第3章 中频模块的电路设计

3．1 中频模块整体结构设计

3．2 中频双转单巴伦设计

3．2．1 中频双转单巴伦电路设计

3．2．2 中频双转单巴伦前仿真验证

3．3 中频驱动放大器设计

3．3．1 中频驱动放大器电路设计

3．3．2 中频驱动放大器前仿真验证

3．4 中频弹精双巴伦设计

3．4．1 中频单转双巴伦电路设计

3．4．2 中频单转双电路巴伦的前仿真结果

3．5 可变增益放大器设计

3．5．1 可变增益放大器电路设计

3．5．2 数模转换器电路设计

3．5．3 可变增益放大器前仿真验证

3．6 中频模块前仿真

3．6．1 接收状态的前仿真

3．6．2 发射状态的前仿真

3．6．3 中频模块前仿真总结

3．7 本章小结

第4章 中频模块的版图设计和后仿真

4．1 版图设计的要点

4．1．1 版图的匹配设计

4．1．2 版图的噪声优化

4．1．3 版图的可靠性设计

4．2 中频模块的版图设计

4．3 中频模块后仿真

4．3．1 接收状态的后仿真

4．3．2 发射状态的后仿真

4．3．3 中频模块后仿真总结

4．4 本章小结

第5章 中频模块测试与验证

5．1 中频模块芯片引脚说明

5．2 中频模块仪器说明

5．3 中频模块测试

5．3．1 接收状态测试

5．3．2 发射状态测试

5．3．3 中频模块测试总结

5．4 本章小结

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