【摘 要】
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近年来,中国北斗导航系统发展迅速,二零二零年完成北斗Ⅲ代系统的全面部署,授予全球导航权。射频发射前端芯片作为北斗三代卫星导航终端的重要一环,其性能好坏关系用户信息收发的质量。所以,研究高集成度、低功耗、高线性度的发射前端芯片对北斗三代卫星导航终端的应用具有重要意义。本文基于TSMC 28nm CMOS工艺,设计了一款卫星无线电测定业务（Radio Determination Satellite S
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近年来,中国北斗导航系统发展迅速,二零二零年完成北斗Ⅲ代系统的全面部署,授予全球导航权。射频发射前端芯片作为北斗三代卫星导航终端的重要一环,其性能好坏关系用户信息收发的质量。所以,研究高集成度、低功耗、高线性度的发射前端芯片对北斗三代卫星导航终端的应用具有重要意义。本文基于TSMC 28nm CMOS工艺,设计了一款卫星无线电测定业务（Radio Determination Satellite Service,RDSS）发射前端芯片。采用直接上变频结构,集成了四个子模块:有源低通滤波器、调制混频器、可变增益放大器和驱动放大器。本文主要研究内容如下:1.根据北斗三代卫星导航终端发射前端芯片的系统级设计方法,确定发射机架构和性能指标;根据系统指标的模块化分解方法,分析各模块的性能对整个系统性能的贡献,对发射链路进行优化预算,规划四个模块的指标;2.研究有源低通滤波器（Low Pass Filter,LPF）的实现技术,二阶Thomas-Tow两级滤波器的级联结构用于设计本文的有源Chebyshev滤波器;研究Gilbert有源双平衡混频器,设计出正交有源双平衡调制混频器;3.研究可变增益放大器（Variable Gain Amplifier,VGA）的设计方法,采用吉尔伯特单元改进型即信号相加型进行电路设计;研究驱动放大器（Drive Amplifier,DA）的实现方法,选择AB类放大器进行驱动放大器的设计,同时分析了两种应用最为广泛的放大器结构,采用两级Cascode结构设计驱动放大器;4.完成电路设计及前仿的基础上,对发射前端芯片各模块进行版图设计并完成后仿工作。在1V的供电电压下,LPF带内增益为-1d B,通频带的波动为1d B,-3d B带宽是4.2MHz,信号的带外衰减在8MHz处为-20d B,在12MHz处为-35d B,群时延波动为70ns,功耗很低消耗电流仅为290u A;混频器转换电压增益为3.45d B,IIP3为0.4d Bm,本振泄露为-42d Bc,三次谐波分量小于-46d Bc,电流消耗仅1毫安;VGA功耗小于5m W,控制电压以10m V的步进从0.6V变化到0.79V,VGA的最小增益是-16d B,最大增益为9d B,IIP3大于-8d Bm;驱动放大器在1.6-1.65GHz通频带内增益可达19d B,输出电压反射系数S22低于-13d B,输出电压驻波比小于2,输入P1d B为0dBm,消耗电流2.46mA。
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