0.13μmCMOS无源混频器与复数带能滤波器的设计

摘要

随着微电子技术、无线通信技术的不断发展，高集成度、低成本的CMOS无线射频接收机芯片已经越来越多的应用于工业日常生活的电子设备中，市场潜力巨大。全球个人手持通信和无线传感网也在不断发展，对应的无线接收机设计也成为了研究的热点。本论文对无线传感网中的接收机关键模块--混频器和复数带通滤波器进行了相关的设计和验证工作。
　　 射频接收机中混频器电路位于下变频结构接收机的前端，将低噪声放大器放大后的射频信号进行频率变换，是接收机中非常重要的模块。在权衡功耗、隔离度和芯片面积等方面后，混频器电路采用双平衡无源混频器结构。论文基于SMIC0.131μm RFCMOS工艺，给出了电路设计、前仿真、版图设计及后仿真，并进行流片，在片测试结果表明：1.2V电源电压下，具有-6dB的电压转换增益，在中频10MHz处有8dB的噪声系数，输入三阶截点为11dBm，输入1dB压缩点为5dBm，本振端口到射频端口和中频端口的隔离度都在60dB以上。混频器核心面积为1671μm×139μm。
　　 复数带通滤波器位于低中频结构接收机的混频器之后，对混频器输出的中频信号进行信道选择和镜像抑制，是接收机中的一个关键模块。为了满足高镜像抑制和低功耗的要求，复数带通滤波器采用基于五阶切比雪夫低通原型的有源RC结构，电路中的核心运算放大器单元采用带密勒补偿的二级全差分运放结构。同时，考虑到工艺角、温度等不确定因素的影响，为了实现稳定、正确的滤波特性，设计了一个片上自动调谐电路。论文基于SMIC0.131μm CMOS工艺，给出了电路设计、前仿真、版图设计及后仿真，后仿真结果表明：在1.2V电源电压下，复数带通滤波器中心频率为2MHz，带宽为2.4MHz，通带增益为16.9dB，带外镜像抑制为50.27dB，通带纹波为0.41dB。滤波器总工作电流为4.5mA。芯片面积为970μm×540μm。
　　 本文设计的无源混频器和复数带通滤波器均满足传感网射频芯片的指标要求，可以应用于传感网射频接收芯片中。