基于SiGe技术的5GHz频段射频接收机前端研究

摘要

随着集成电路产业的发展，RFIC(射频集成电路)设计正在步入SoC(片上系统)芯片的时代。无线终端市场的蓬勃发展促使RFIC(射频集成电路)设计以低成本和高集成度为目标，这促进了零中频体系结构成为了单片RFIC收发芯片设计中的首选结构。特别是在5-6GHz(U-NⅡ波段)波段应用的无线终端中更是显得突出(例如：高速无线局域网WLAN-802-11a)。快速发展的RFIC工艺技术极大地促进了片上无源器件(特别是片上电感)的性能，也因此打开了RFIC单片化设计的大门。然而，在实际设计中，仍然要面对零中频体系结构很多自身固有的问题，比如：二阶失真、闪烁噪声和LO(本振)自混频造成的DC-offset(直流偏移)问题等等。因此零中频接收机相关的问题成为了现今RFIC研究领域的一大热点。 在诸多工艺中，SiGe BiCMOS工艺技术的进步为以上问题提供了新的解决途径。SiGe BiCMOS技术与成熟的Si工艺技术相兼容，并且可以使用现有的Si工艺生产线进行生产，这使得它的性价比比较高。其次，由于采用了SiGe HBT(异质结晶体管)技术，SiGe BiCMOS工艺的高频率性能非常的高。另外，BiCMOS工艺本身可以很容易的集成数字、模拟和射频电路以构成高集成度的SoC芯片。 本论文的工作主要是5GHz射频前端系统与电路的研究、设计与防真。首先对系统结构进行了简单的研究，并确定了使用零中频体系结构。其次，讨论了LNA的设计与仿真和亚谐波混频器(sub-harmonic mixer，SHM)的设计与防真，最后探讨了RFIC设计过程种的一些其他问题。 LNA的设计使用单级的(cascode)共发射极．共基极拓扑结构。输入端口采用发射极负反馈电感进行阻抗匹配，并尝试性的讨论了采用键合线代替这个电感。同时使用串联电感输出匹配方法。最后仿真了LNA在5-6GHz频段中的增益、隔离度、线性度和噪声指数(NF)的结果来衡量LNA的性能。 SHM(亚谐波混频器)采用有源双平衡混频器的结构，并且设计成为2次谐波I/Q混频。并且在混频器单元中包含了单端．差分变换电路、缓冲放大器和I/Q多相滤波器电路。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 5GHz波段简介

1.2 SiGe BiCMOS技术简介

1.2.1 BiCMOS技术的主要特点

1.2.2 SiGe HBT

1.2.4高性能的SiGe BiCMOS技术

1.3 ADS简介

1.4论文研究的内容与目标

1.5论文结构

1.6参考文献

第二章射频接收机及其前端模块

2.1接收机体系结构

2.1.1超外差体系结构

2.1.2零中频体系结构

2.1.3低中频体系结构

2.1.4适合于单片集成的体系结构选择

2.2射频设计仿真方法

2.3接收机的系统指标

2.3.1噪声系数(Noise figure)

2.3.2线性度和失真

2.3.3相位噪声

2.3.4动态范围

2 4低噪声放大器和下变频混频器的基本要求

2.5小结

2 6参考文献

第三章低噪声放大器设计与仿真

3.1低噪声放大器设计基础

3.1.1低噪声放大器的结构

3.1.2低噪声放大器的噪声

3.1.3低噪声放大器的线性度分析

3.1.4 LNA的匹配问题

3.2 SiGe低噪声放大器的设计

3.3 SiGe低噪声放大器的仿真结果

3.4 小结

3.5参考文献

第四章混频器设计与仿真

4.1亚谐波混频器设计

4.1.1亚谐波混频器简介

4.1.2 亚谐波混频器核心拓扑结构

4.1.3亚谐波混频器核心电路设计

4.1.4偏置

4.1.5缓冲放大器

4.1.6多相滤波器

4.2混频器仿真结果

4.3 小结

4.4参考文献

第五章其他设计考虑

5.1系统设计考虑

5.1.1 I/O引脚数

5.1.2串扰

5.1.3数字电路噪声

5.2芯片布局规划

5.2.1信号流程和衬底偶合

5.2.2接地

5.2.3隔离

5.3封装考虑

5.4射频电路的ESD保护

5.4.1静电保护的必要性

5.4.2静电保护电路的设计

5.6小结

5.7参考文献

第六章工作总结和未来工作展望

致谢

在读期间研究成果