射頻接收芯片中平衡混頻器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著國家公共事業(yè)智能化產(chǎn)業(yè)鏈的高速發(fā)展，省力又省心的智能化無線抄表技術(shù)慢慢的在大中型的居民小區(qū)中普及開來，而在無線抄表中射頻接收芯片內(nèi)，核心模塊混頻器的設(shè)計(jì)性能好壞，將直接影響這一智能化對我們生活的改變。故而如何設(shè)計(jì)出一款更實(shí)用于工程應(yīng)用中的混頻器模塊將變的非常之重要。
　　在近些年的各種研究設(shè)計(jì)文獻(xiàn)中，對于射頻收發(fā)機(jī)中的混頻器，研究設(shè)計(jì)人員一般均把線性度作為其最重要的設(shè)計(jì)與優(yōu)化指標(biāo)，但對于一些在工程實(shí)踐應(yīng)用中，對線性度要求不高的

2、射頻芯片（比如在FSK調(diào)制的系統(tǒng)中），顯得沒有什么好的辦法。本文所研究設(shè)計(jì)的兩類平衡混頻器均能比較有效的解決這一問題，并且更適合于相應(yīng)的工程實(shí)踐項(xiàng)目。
　　本論文研究設(shè)計(jì)的主要工作以及主要貢獻(xiàn)如下：
　　1，首先闡述了混頻器的基礎(chǔ)理論，射頻接收機(jī)的相關(guān)分類，而且對其在射頻CMOS中的主要性能進(jìn)行詳述分析，其中有增益分析、線性度分析、噪聲分析以及隔離度分析，除此之外，更為難得的是，本論文還對在工程實(shí)踐應(yīng)用中，不可忽視的功耗分析

3、、可靠性分析，以及可能存在的穩(wěn)定性問題進(jìn)行詳細(xì)闡述與研究。
　　2，基于工程實(shí)踐應(yīng)用，較有新意的設(shè)計(jì)了一款擁有低功耗、高增益且增益可選擇、在多路信號中良好的共模反饋特性、較好的端口隔離特性的單平衡混頻器CMOS電路，其專門應(yīng)用于無線抄表中的射頻接收芯片內(nèi)（其中總功耗為0.33mw;增益高達(dá)44.78dbm,并且可在四個(gè)值之間切換;系統(tǒng)相位裕度從-57.86°優(yōu)化到71.4°的穩(wěn)定狀態(tài)）。具體簡述如下
　　A：該單平衡混頻器設(shè)

4、計(jì)，是以一個(gè)最簡單的單平衡混頻單元框架開始分析、仿真，在此基礎(chǔ)上，做出相應(yīng)滿足我們設(shè)計(jì)期望的各性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)，在核心單平衡模塊中，本文加入了共模反饋電路的設(shè)計(jì)，加入了端口隔離優(yōu)化措施的設(shè)計(jì)，加入了可變增益模塊的設(shè)計(jì)，為了更大的提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化增益，本文還設(shè)計(jì)了低頻放大模塊。
　　B：本文經(jīng)過反復(fù)的前仿真，包括：轉(zhuǎn)化增益（Gain)仿真、線性度(1db壓縮點(diǎn)，三階交調(diào)點(diǎn)IIP3）仿真、噪聲系數(shù)仿真（1.2k與50Ω匹配兩種情況）、端口

5、隔離性仿真，穩(wěn)定性仿真（即系統(tǒng)相位裕度的仿真）、可靠性仿真（溫度，電源電壓，工藝角）、功耗仿真等,以優(yōu)化確定出最終的電路框架結(jié)構(gòu)。
　　C：經(jīng)過整體的版圖設(shè)計(jì)，隨之本文對整個(gè)混頻器系統(tǒng)進(jìn)行了核心性能的后仿真，以便給流片后可能出現(xiàn)的管子寄生問題留出相應(yīng)的設(shè)計(jì)裕度。
　　D：經(jīng)過流片，對該結(jié)構(gòu)混頻器系統(tǒng)模塊進(jìn)行了各主要性能指標(biāo)的芯片測試，并給出了芯片測試分析和結(jié)果，從結(jié)果看來，本文所設(shè)計(jì)優(yōu)化的混頻器基本已經(jīng)達(dá)到了在工程實(shí)踐應(yīng)用中

6、的性能要求。
　　3，為更好的應(yīng)用于超高頻與工程實(shí)踐，本論文還較有新意的設(shè)計(jì)了一款，增益最大時(shí)頻點(diǎn)可測的雙平衡混頻器 CMOS電路，其同樣可應(yīng)用于無線抄表中射頻接收芯片內(nèi)，亦可應(yīng)用于射頻接收芯片的二極混頻模塊。具體簡述如下
　　A：與單平衡混頻其相比，該雙平衡混頻器電路擁有更加良好的端口隔離特性，本文采用了預(yù)留的帶源極負(fù)反饋的共源極優(yōu)化技術(shù)提高相應(yīng)線性度，除此而外，本文采用無源二階濾波器結(jié)構(gòu)作為負(fù)載，設(shè)計(jì)了可測量增益最大頻點(diǎn)