低压高增益混频器设计

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近几年来,无线通信技术得到迅猛发展,已经越来越广泛的应用于通信,计算机,医疗设备等社会各领域,人们越来越享受到信息技术发展给社会带来的便利。以微电子产业为基础的RFIC技术以其成本低,集成度高,性能良好的优点应用在社会的众多方面,如数字移动通信,无线局域网,全球定位系统,射频识别系统等等,有力的推动了无线通信技术的发展,为社会进步作了巨大的贡献,因此研究和发展RFIC技术具有重要意义。接收机是无线通信设备中重要的组成部分,是接收信号的模块。它将接收到的信号进行放大,频率转换,解调等处理,最后送到基带电路进行数据分析。不同结构的接收机对整机的性能指标影响不同,本文对超外差接收机,低中频接收机和零中频接收机作了详细介绍,分析比较了三者的优缺点,为电路设计提供了理论依据。混频器是射频收发机中十分重要的部件,它将接收到的高频信号进行下变频,或者将需要发送的信号进行上变频,从而完成对信号频率的转换。不同结构的混频器,其性能指标各不相同,本文分析几种常见的混频器,对各自的优缺点进行比较。同时,混频器也是一个非线性器件,其性能的好坏直接影响到整个接收机系统。本文对混频器的主要指标作了详尽的介绍,并对各种干扰信号产生的机理进行了深入的探讨。为设计出性能优越的混频器,本文对当前混频器设计的主流技术作了简略介绍。在降低电压和功耗方面,介绍了LC-tank结构混频器,采用电流复用结构的混频器以及折叠共源共栅混频器。在提高线性度方面,介绍了采用前馈技术的混频器和采样混频器。同时,对目前应用十分广泛的吉尔伯特混频器的研究成果作了一般性介绍。基于阅读大量资料和学习相关理论知识的基础上,本文对传统的吉尔伯特混频器做了部分改进,加入电流源负载取代原来的负载电阻,缓解了输出摆幅和增益之间的矛盾,采用折叠式跨导级电流复用结构代替了传统混频器中的单个差分对,降低了对电源电压的要求,同时提高整个电路的增益,设计出了符合无线局域网标准的射频前端混频器电路,并通过仿真验证。本论文设计的混频器采用台积电0.18u m CMOS工艺,输入射频信号的频率为2.4GHz,本振信号频率为2.3GHz,中频输出信号的频率为100MHz。仿真结果显示:1dB压缩点为-3dBm,输入三阶截断点为8.5dBm,转换增益为12.7 dB,电源电压为1.8V,消耗功率为10.8mW,噪声系数为8.78 dB。
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