论文部分内容阅读
在信息社会中,微波技术已经广泛应用于信息通信、雷达探测、医疗探测等技术领域,这些电讯号的点到点、点到面以及多点之间传输从来都离不开发射和接收两个过程,其中尤其以发射阶段最为重要,这一阶段直接决定了发射频率、发射功率,进而决定了信号在传播之初的质量,以及在经过空间传播之后,是否可能被接收端捕获。因此,对于发射机前端芯片的研究对于提高信息的传输速率、传输质量有非常重要的意义。目前的,发射机前端芯片的主流工艺是GaAs、GaN、和硅基等,但是,GaAs、GaN材料加工费用高昂,并且难以与发射链路中的其他模块,如上游的数字信号处理模块、以及下游的通信芯片或者其他数字、模拟电路模块,进行高度的集成化,造成发射机芯片造价高昂,面积过大,难以满足现代化应用中低成本、小型化的市场需求,而硅基工艺具有金属层数多,便于布线,加工费用低廉,易于与数字电路集成化等特点,在市场上的占有率持续升高。本研究基于GF 0.13μm SiGe BiCMOS工艺,针对发射机前端芯片如何实现100%的超宽相对工作宽带、高增益、良好的带内增益平坦度、良好的高低温增益波动、镜频抑制等问题,采用无源Marchand巴伦型双平衡混频器搭配Cascode结构放大器的方案,在混频器使用了尾部L-C调谐枝节,在放大器中采用了温度补偿电流镜、负阻产生电路、RC枝节负反馈等技术,研究设计了一款超宽带发射机前端芯片。主要工作内容如下:1.针对中频信号(1~3GHz)的相对工作带宽达到100%的难点,采用双平衡混频器的结构覆盖了过宽的频带,并且采用尾部L-C调谐技术调节了无源混频器所经常面临损耗过大,中频、本振信号像射频端口泄露问题,经过仿真,实现了常温下取得6.3dB的变频损耗、2dB的带内增益平坦度、40dB以上的端口隔离度。2.针对混频器模块的变频损耗对与之搭配的放大器的端口阻抗比较敏感的问题,本文对常见的共射级,共基级放大器结构分别进行了分析和对比,最终基于Cascode结构,采用温度补偿电流镜、负阻产生电路、RC枝节负反馈等技术分别设计中频、射频放大器,并且获得了高增益、宽带匹配、高度反向隔离等优点,经过仿真,常温下,中频放大器可以提供10.6 dB增益,OP1dB可达10.7dBm;中频放大器可以提供13.7dB增益,OP1dB可达13.34 dBm。3.对整体发射机芯片进行了级联仿真,并成功进行流片测试,仿真结果显示发射机整体具有19dB增益和最高12dBm的OP1dBout。测试结果显示,发射机整体具有17dB增益和最高7dBm的OP1dBout,对于仿真和测试结果之间的差异,分析列举了可能的原因是划片、装配过程中的交流接地性能下降会导致单端放大器的增益、线性度等性能下降;给出了可行的改进方案,如使用对交流接地性能不敏感的差分结构的放大器,以避免划片、装配过程对于芯片接地性能的影响。4.针对混频过程中产生的镜像频率与理想有用频率发生频带重叠的问题,本文提出了IQ合成抑制镜像的方案,完美的解决了镜频抑制的问题。