硅基毫米波上变频器的设计与实现

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随着先进硅基集成电路技术的发展和5G毫米波通信、车载毫米波雷达、毫米波成像与遥感等领域的应用驱动,近年来硅基毫米波集成电路(芯片)受到学术界和工业界的广泛关注。本文针对77 GHz车载雷达系统和94GHz 雷达与通信系统应用,基于SiGe工艺开展镜像抑制混频器和W波段上变频器电路的研究,主要工作如下:
  一、基于0.13-μm SiGe BiCMOS8HP工艺,成功研制了77GHz单边带调制器。该调制器主要由两路 IQ吉尔伯特混频单元和功率合成网络构成,双平衡混频器可以提供较高的增益、较好的线性度和隔离度。为了抑制镜像信号,由Lange耦合器和变压器巴伦组成的正交移相网络产生四路正交差分的本振信号。两路输出射频信号通过Wilkinson功分器合成以达到更好的平衡性和隔离度。经过在片测试,在中频频率1 MHz,本振功率0 dBm时,调制器在73 GHz-84 GHz频率范围内的变频增益大于6 dB。在本振频率66 GHz-86 GHz的范围内,镜像抑制度优于28 dB,本振到射频端口隔离度优于25 dB,输出1 dB压缩点为-1.9 dBm,与其他研究工作相比,该调制器在镜像抑制比和线性度等指标上具有优势。
  二、基于0.13-μm SiGe BiCMOS8XP工艺,成功研制了基于双平衡混频结构的高性能94 GHz上变频器。为了提高输出功率,输出端插入了一级共射极驱动放大器。在本振输入、射频输出和级间连接处,采用变压器巴伦实现阻抗变换、单端与差分端的转换、功率合成和直流馈电,Marchand巴伦将单端中频输入信号转换为差分信号。经过在片测试,在本振频率为84 GHz,中频频率为10 GHz时,输出1dB压缩点为4 dBm,在中心频点增益达16 dB。
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