毫米波集成倍頻器與混頻器電路的研究.pdf

1、隨著高速通信時(shí)代的來臨，毫米波集成技術(shù)的重要性逐漸體現(xiàn)出來。但隨著頻率的增加，單片毫米波集成電路（monolithic microwave integrated circuit, MMIC）的設(shè)計(jì)也會(huì)遇到許多難題。倍頻器與混頻器模塊作為通信系統(tǒng)的重要組成部分，在毫米波集成電路設(shè)計(jì)中也面臨許多問題，相比于起步較早的美國、日本等國家，國內(nèi)研究成果較少并且所設(shè)計(jì)的性能相比于國際領(lǐng)先水平還有一定差距。本文正是基于這一現(xiàn)狀開展了對(duì)單片倍頻器與混頻

2、器毫米波集成電路的研究及設(shè)計(jì)。
　　本文首先對(duì)微帶線、片上電感、電容和變壓器等集成無源器件進(jìn)行研究，建立了能用于快速分析的簡化模型并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。之后分析了射頻中關(guān)“地”的細(xì)節(jié)考慮之處并通過建模和電磁仿真技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　隨后我們基于65nm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工藝我們?cè)O(shè)計(jì)兩個(gè)版本的E-band二倍頻器(doubler)和一款基于InP工

3、藝設(shè)計(jì)的G-band寬帶阻性混頻器。通過理論分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)改進(jìn)版本的變壓器巴倫分別用于兩款倍頻器，將輸入單端信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)輸入端的匹配。第一個(gè)版本倍頻已流片測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明電路在65GHz的最大轉(zhuǎn)換增益為-6.5dB，3dB帶寬達(dá)到了14GHz，并實(shí)現(xiàn)了0dBm的最大輸出功率，基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第二個(gè)版本倍頻器通過仿真，實(shí)現(xiàn)在-10dBm的低輸入功率實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換增益和輸出功率，結(jié)果表明二倍頻器在73.5GHz

4、擁有0.5dB的轉(zhuǎn)換增益，并且3dB工作帶寬為17GHz。電路的飽和輸出功率能達(dá)到6dBm，基本滿足了我們?cè)O(shè)計(jì)需求。
　　混頻器電路的本振信號(hào)施加在晶體管柵極，漏極為射頻信號(hào)的激勵(lì)端和中頻信號(hào)的輸出端。我們使用了共面波導(dǎo)(Coplanar Waveguide, CPW)形式的高通耦合線實(shí)現(xiàn)了本振端和射頻端的匹配，中頻部分設(shè)計(jì)了二階微帶低通濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)中頻端對(duì)高頻信號(hào)到的隔離。電路進(jìn)行了全電磁場(chǎng)仿真，仿真結(jié)果表明在200GHz其轉(zhuǎn)化