低功耗射频通信系统前端LNA与Mixer的研究与实现

摘要

近年来,无线通信技术得到了广泛关注和迅猛发展,无线通信技术目前正给人们带来越来越广泛和深远的影响。在此过程中,出现了多种常用的无线网络标准,例如IEEES02.11(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)、UWB、Zigbee等等。
　　 本论文所属的自定协议无线通信系统目标是针对短距离、中低速率无线数据传输应用开发的2.4GHzISM频段的射频收发器系统,具有低功耗、低成本等特征,具有现实意义和产业价值。本文设计了应用于该通信系统无线接收机前端的低噪声放大器LNA以及下变频混频器Mixer。
　　 LNA使用了带源极负反馈电感的共源共栅NMOS结构,同时还是双端差分结构。本文在考虑寄生效应等实际因素的条件下分析了增益、线性、噪声、输入匹配等关键指标的影响因素,并对这些指标提出实际的优化措施。在实现方面,本文在低功耗约束条件下,部分改变了传统电路结构,减少大面积元件以获得低成本的设计,并以此为基础尽量提高关键指标的整体性能。LNA在低功耗条件下具有很高的增益。
　　 Mixer使用了Gilbert双平衡结构。电路引入了源极负反馈电阻调节转换增益与线性度之间的平衡。电路使用接成电阻的PMOS管串联小电阻的结构来代替电阻负载,作为混频器的输出。它充分利用了电压的裕度,提高线性度和增益的整体性能。每个混频器转换增益6.2dB,却在1.8V直流电压下只消耗3.3mW。
　　 由于balun、PA、模式/关断开关和中频滤波器等模块的存在,电路各模块之间的匹配与连接也是重要的设计部分。