随着微电子技术和无线通信技术的不断发展，高集成度、低成本的CMOS无线射频收发机芯片已经越来越多的应用于工业以及人们日常生活的电子设备中，市场潜力巨大。国外发达国家对CMOS系统集成方面的研究较早，在10GHz以下频率的研究已经较为成熟，而国内在这方面还停留在单个模块的研究与设计阶段，尤其是在几GHz频率研究更少。因此，本文对射频接收中的一些关键技术进行了深入研究与分析，基于IEEE802．11a标准，采用中芯国际集成电路制造有限公司(SMIC)O．18μmRF CMOS工艺设计了应用于5GHz无线局域网的射频接收芯片。　　 本文在介绍射频的基本概念后给出了射频集成电路与系统芯片设计的整个流程，从系统的角度对无线局域网IEEE802．11a标准进行了分析，详细给出了接收端链路指标的预算方法和具体步骤，为模块电路的设计做好铺垫。　　 本文对无线射频接收系统中的关键模块进行了研究与设计，包括可变增益低噪声放大器(VG-LNA)、射频下变频器(RF-mixer)、正交下变频器(I/Q-mixer)、有源低通滤波器(LPF)和可编程增益放大器(PGA)。　　 在可变增益低噪声放大器部分，对输入端静电放电(ESD)保护电路寄生电容对源极电感负反馈低噪声放大器的输入阻抗影响进行了详细的理论分析，提出了一种新的输入匹配方法，可以在低功耗的条件下，将较低的输入阻抗匹配到50欧姆，同时不增加片外元件的数量。在该部分还提出了一种新的噪声优化方法，该方法在含有ESD保护电路的情况下，可以使源极电感负反馈低噪声放大器同时实现输入端的功率匹配和噪声匹配。另外，通过在低噪声放大器的第二级增加一个简单的反馈环路，在不严重恶化噪声性能的同时实现了较大的增益变化范围。测试结果表明，该低噪声放大器在高增益时增益达21．7 dB，噪声系数为2．8 dB，在低增益时输入1dB压缩点和输入三阶节点分别为-9 dBm和1 dBm，增益变化范围达到25 dB。　　 在射频下变频器部分，详细分析了提高混频器性能的一些技术，主要有源极负反馈技术和电流源注入技术，在此基础上，提出了一种射频混频器设计的优化方法。基于该方法，采用SMIC0．18μmRF CMOS工艺设计了5GHz下变频器。测试结果表明，RF-mixer增益为10．1 dB，噪声系数为8．6 dB，输入1dB压缩点和输入三阶节点分别为-3．5 dBm和5．3 dBm。　　 在I/Q正交下变频器部分，首先详细分析了提高混频器线性度的IM3抵消技术，给出了基于IM3抵消技术的具体设计步骤。然后详细分析了I/Q通路共用跨导单元对I/Q失配的影响。基于IM3抵消技术和I/Q通路共用跨导技术，采用SMIC0．18μm RF CMOS工艺设计了零中频正交下变频器，测试结果表明，I/Q-mixer增益为6．2 dB，噪声系数为13．9 dB，输入1dB压缩点和输入三阶节点分别为-1．5 dBm和9．5 dBm，I/Q幅度和相位失配分别小于0．2 dB和1 deg。试验表明，采用IM3抵消技术的混频器能够在不牺牲增益、噪声和功耗等其他性能的条件下，大大改善混频器的线性度。　　 在低通滤波器部分，为了提高系统的集成度，采用了片内全集成的有源低通滤波器来代替传统的RLC无源滤波器。为了避免工艺偏差带来的带宽变化，有源低通滤波器的跨导单元设计为可调跨导，通过调节控制电压，跨导值可以从28 mS变化到82 mS。测试表明，该滤波器带内增益为5．8 dB，在20 MHz和40 MHz频率处的带外衰减分别为43．5 dB和74．8 dB，远远优于设计指标的要求。　　 在可编程增益放大器部分，本文采用了一种全差分闭环反馈结构的可变增益放大器。通过开关控制的电阻网络实现电路的增益可变。由于具有反馈系统的优点，这种结构的可编程增益放大器可以实现准确的增益值和较好的线性度。本文通过可变增益级和固定增益级级联的方式来获得较宽的可变增益范围。为了减小直流偏移造成后级电路的饱和，在各级中都增加了直流偏移消除电路。该直流偏移电路采用一种直流负反馈技术来消除系统的直流偏移，文章详细阐述了该直流偏移消除电路的设计要点。测试结果表明，PGA增益变化范围为2-45 dB，增益步长平均值为0．972 dB，精度小于±1．3 dB。　　 在完成各个模块电路的设计之后，进行了系统版图设计和流片，整个射频接收通路芯片面积为1．8mm×2．8mm。其中，详细地介绍了集成电路系统设计的一些注意事项，包括静电放电保护电路，各个模块电路之间的互联和隔离，系统版图的布局布线和芯片测试的监测点等。最后，给出了射频接收芯片的测试方法和测试结果。特别是噪声系数的测试方法，给出了二次变频系统噪声的测试方法。测试结果表明，该射频接收芯片增益为20-83 dB，噪声系数为7．5 dB，输入1dB压缩点和输入三阶节点分别为-21．5 dBm和-15 dBm，在1．8V电源电压下，功耗为66．5mW，满足无线局域网IEEE802．11a标准的要求。　　 论文对应用于无线局域网IEEE802．11a标准的射频接收的关键技术进行了深入的研究，包括系统结构、系统指标预算、具体电路模块、测试和系统版图集成等方面。在该过程中，对低噪声放大器的匹配、噪声优化、增益控制，混频器线性度提高、优化设计方法以及减小电路功耗等方面提出了多种新技术。运用这些技术在SMIC0．18μm RF CMOS工艺下设计了应用于WLAN IEEE802．11a的射频接收芯片。虽然该芯片是应用于无线局域网IEEE802．11a标准的一款射频接收芯片，但文中对射频接收关键技术的研究与分析同样适用于其它无线系统和相关电路的设计，对国内在射频接收部分的研究具有一定的参考意义。