基于180nmCMOS工艺的混频器研究与设计

摘要

随着CMOS工艺的不断发展，射频前端电路的应用越来越广泛。我们希望得到的电路能够尺寸更小、功耗更低、性能更好。混频器作为射频前端电路中的关键模块，用于实现频谱的搬移，不同系统对混频器的性能指标要求不同。本文分别提出了应用于GPS接收机中的有源混频器和应用于UWB系统的超宽带混频器。它们都基于0.18um CMOS工艺。
　　本文首先介绍了四大全球卫星导航系统，包括GPS系统，GLONASS系统，GALILEO系统，COMPASS系统，分别介绍了四大系统的特点和应用。分析了常用的几种接收机结构的优缺点，包括超外差接收机、零中频接收机和低中频接收机。本文还介绍了混频器的基本工作原理，分类，优化结构以及性能参数。对Gilbert混频器的噪声、增益与线性度特性进行了详细分析，并在Gilbert混频器的基础上通过优化设计了不同性能的混频器。本文设计了高增益混频器，其中除了核心电路外，还设计了混频器的电压偏置电路，以及混频器和电压偏置电路的版图。本文还设计了超宽带混频器，是在折叠型混频器的基础上做了优化设计。最后给出了各混频器的仿真环境与结果。本文所做的工作如下：
　　本文设计的用于GPS接收机的高增益混频器，基于TSMC0.18um CMOS工艺。在Gilbert混频器的基础上，对跨导级进行改进，本文采用了跨导互补的电流注入结构，然后对电路进行版图设计。在1.8V电压下，后版图仿真结果为：转换增益为17dB，输入三阶交调点IIP3为-3.6dBm，双边带噪声系数为9.2dB，混频器核心电路的功耗为7.16mW，版图总面积为0.07mm*0.09mm；
　　本文设计的用于超宽带系统的超宽带混频器，基于TSMC0.18um CMOS工艺。该电路在折叠式混频器的基础上，对跨导级进行改进。它采用前馈结构跨导级来提高线性度，在输出负载部分采用并联峰值结构来拓展带宽。在1.8V电压下，该电路的仿真结果为：转换增益为3.32dB-8.56dB，输入1dB压缩点为-4.2dBm，双边带噪声系数为：10.83-13.13dB，混频器核心电路的功耗为11.5mW。
　　本文设计的混频器存在一些不足之处。跨导互补混频器中，电路的噪声性能有待进一步提高；超宽带混频器中，转换增益偏小且平坦度不够，结果并不是很理想。混频器的折叠结构中运用并联LC结构，并在负载中串联电感，会产生较大的版图面积。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2四大导航系统简介

1.3本论文的主要研究内容及组织结构

第二章 无线接收机

2.1接收机结构

2.2 镜像抑制结构

第三章 混频器分析

3.1混频原理

3.2混频器的拓扑结构

3.3混频器优化设计

3.4混频器的主要性能参数

3.5 Gilbert混频器的性能分析

第四章 混频器设计与优化

4.1跨导互补混频器

4.2超宽带混频器

第五章 版图设计及仿真结果

5.1版图的设计注意要点

5.2混频器版图设计

5.3仿真结果

第六章 结论

参考文献

致谢

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