X波段单片集成宽带正交混频器芯片设计

摘要

近年来，伴随着半导体工艺的不断进步和设计水平的不断提高，通信系统越来越趋向于小型化和集成化，片上系统(System On Chip, SOC)已成为业界焦点。因此，SiGe BiCMOS单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit， MMIC)逐渐成为了研究的热点。
　　 正交混频器是通信系统中的一个核心模块，它的性能影响着整个通信系统的性能。本论文深入地分析和研究了正交混频器的工作原理，并在此基础上采用JAZZ0.18μm SiGeBiCMOS工艺设计了一个X波段单片集成宽带正交混频器，其中关键子模块正交耦合器实现了流片。这为以后的X波段通信系统小型化和集成化打下了一定的技术基础。
　　 本论文先介绍了单片集成宽带正交混频器的国内外研究现状，其次简单介绍了JAZZ0.18μm SiGe BiCMOS工艺库中的常用器件及其模型，然后讲述了混频器的一般工作原理、主要性能指标以及正交混频器的镜像抑制原理，最后详细介绍了X波段单片集成宽带正交混频器各个子模块的具体设计和整体电路的仿真结果。
　　 本论文所设计的正交混频器在8～12GHz宽频带内实现了大于-9dB的平坦增益和大于30dB的镜像抑制度，射频口和本振口的回波损耗均小于-8dB，射频口和本振口之间的隔离度大于45dB，输入1dB压缩点大于15dBm，输入三阶交调点大于23dBm，中频输出IQ幅度平衡度小于±0.2dB，中频输出IQ相位平衡度小于±2.3°。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 单片微波集成电路简介

1.2 单片集成宽带正交混频器芯片的研究意义

1.3 国内外单片集成宽带正交混频器芯片研究现状

1.4 本论文的主要工作

1.5 论文的组织结构

2 JAZZ0.18UM SIGE BICMOS工艺的器件模型

2.1 电阻

2.2 电容

2.3 电感

2.4 RF MOSFET

2.5 HBT

2.6 本章小结

3 混频器概述

3.1 混频器的基本原理

3.2 混频器的性能指标

3.2.1 增益

3.2.2 噪声

3.2.3 线性度

3.2.4 口间隔离

3.2.5 阻抗匹配

3.3 常见混频器介绍

3.3.1 Gilbert双平衡混频器

3.3.2 阻性环形混频器

3.4 本章小结

4 正交混频器的镜像抑制

4.1 镜像干扰原理

4.2 采用镜像抑制滤波器抑制镜像

4.3 采用正交混频器抑制镜像

4.4 发射机中的正交混频器

4.5 本章小结

5 X波段单片集成宽带正交混频器的设计

5.1 设计指标

5.2 工艺选择

5.3 设计方案

5.4 正交耦合器

5.4.1 设计公式推导及验证

5.4.2 变压器类型选择

5.4.3 正交耦合器设计

5.4.4 单独流片的正交耦合器

5.4.5 单独流片耦合器的测试结果

5.5 BALUN

5.5.1 Balun 设计

5.5.2 正交耦合器和Balun级联仿真

5.6 阻性环形混频器

5.7 差分放大器

5.8 正交混频器的整体电路仿真

5.9 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果