【摘 要】
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无线通信系统的蓬勃发展,使得各类射频电路遍布生活的方方面面,超宽带技术具有宽带宽、低功率、抗干扰能力强等诸多优点,是一种极具前景的新型无线通信技术。混频器作为射频收发系统中的核心模块,其变频功能至关重要,且其性能直接决定着整个系统的性能下限。一直以来,我们都希望得到尺寸更小、功耗更低、性能更佳的电路,而随着CMOS工艺的日渐成熟,器件性能不断提升,工艺成本大幅降低,与Ⅲ-Ⅴ族工艺相比更具市场竞争力
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无线通信系统的蓬勃发展,使得各类射频电路遍布生活的方方面面,超宽带技术具有宽带宽、低功率、抗干扰能力强等诸多优点,是一种极具前景的新型无线通信技术。混频器作为射频收发系统中的核心模块,其变频功能至关重要,且其性能直接决定着整个系统的性能下限。一直以来,我们都希望得到尺寸更小、功耗更低、性能更佳的电路,而随着CMOS工艺的日渐成熟,器件性能不断提升,工艺成本大幅降低,与Ⅲ-Ⅴ族工艺相比更具市场竞争力。因此,研究高性能的CMOS宽带混频器具有重要意义。基于此,本文提出了一种应用于超宽带下变频系统的高性能混频器。该混频器的设计基于传统的Gilbert混频器,为使其各项性能指标实现折中优化,对混频器各级结构进行了改进。混频器的跨导级采用电阻负反馈结构,电阻负反馈能以较小的面积实现提高混频器线性度的作用。开关级采用动态电流注入结构,在不引入额外噪声的前提下,尽可能地消除输出端的闪烁噪声,保证电路良好的噪声系数。负载级采用电感峰化技术,通过与电容谐振,展宽信号带宽。在超宽带混频器核心电路和本振恢复电路的输入端加入了阻抗匹配网络,良好的匹配不仅能最大化传输功率,同时能减小噪声系数,通过借助Smith圆图可以较为方便、直观地实现匹配。本文还设计了本振恢复电路,恢复从片外传输到片内过程中衰减的本振信号,使混频效果达到最佳。本论文中的设计采用0.13μm CMOS工艺,通过Cadence进行电路设计,结合Spectre工具进行仿真,最后通过Virtuoso工具实现版图设计。电路在1.8V电源电压下,功耗为20.46m W,工作宽带为1.4-14.3GHz,输出中频为1.5GHz,转换增益在带宽内均大于5d B,最大转换增益可达5.8d B,噪声系数在2.2-11GHz内小于13d B,P1d B大于-6.012d Bm,IIP3大于3.865d Bm。以上仿真结果表明,该混频器的各项性能参数均达到了预期的指标要求。
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