硅基深亞微米CMOS數(shù)字廣播接收機前端芯片與系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來高速發(fā)展的數(shù)字廣播系統(tǒng)需要高性能、低功耗和低成本的多協(xié)議便攜式接收機。DRM(包括DRM30與DRM+)和DAB作為成熟的數(shù)字廣播標準，能夠?qū)崿F(xiàn)本地、區(qū)域、全國和全世界廣播的無縫覆蓋，是數(shù)字廣播的最佳選擇。本文主要對兼容DRM和DAB數(shù)字廣播標準的射頻前端芯片和系統(tǒng)進行分析和研究。首先介紹DRM30、DRM+和DAB標準，并基于SMIC0.18μm RF-CMOS工藝設(shè)計完成了兼容DRM/DAB標準的射頻接收前端芯片。采用DRM/

2、DAB無線接收芯片在26MHz實現(xiàn)了DRM的無線收發(fā)系統(tǒng)，驗證了芯片的功能和性能。
　　本文對應用于DRM/DAB數(shù)字廣播的寬帶接收機進行分析和設(shè)計。通過比較經(jīng)典接收機架構(gòu)，考慮鏡像干擾和諧波混頻干擾，提出上邊注入、固定中頻的雙變頻正交低中頻接收機架構(gòu)。基于DRM和DAB標準，推導出接收機的頻率規(guī)劃、靈敏度與動態(tài)范圍、增益分配、信噪比、噪聲系數(shù)、選擇性、鏡像抑制和線性度等指標要求。考慮鏈路子模塊級間阻抗不匹配對噪聲系數(shù)的影響，對接

3、收機內(nèi)子模塊電路的指標進行分配。
　　本文首先對Gilbert結(jié)構(gòu)寬帶射頻混頻器進行研究和設(shè)計。基于本振信號方波疊加原理，實現(xiàn)本振信號三階諧波分量和五階諧波分量的抵消。通過采用改進型的多柵輸入晶體管結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)混頻器的直接耦合輸入。改進型的多柵輸入晶體管在提升混頻器線性度的同時，擴展帶寬、減少芯片尺寸，降低控制電壓對信號通路的干擾。電路采用中芯國際0.18μmRF-CMOS工藝實現(xiàn)后，對芯片進行鍵合測試。測試結(jié)果表明:諧波抑制器能夠

4、在低電壓下工作，不犧牲增益、噪聲和功耗等性能，有效提升了混頻器的IIP3指標，并改善了混頻器的三次和五次諧波混頻的抑制特性。
　　本文接下去對應用于第一中頻的低電壓可變增益放大器進行研究和設(shè)計。分析比較CMOS工藝VGA電路的優(yōu)缺點，采用折疊式吉爾伯特結(jié)構(gòu)實現(xiàn)低電壓工作，并引入非對稱尾電流源擴展了電路的線性范圍?？勺冊鲆娣糯笃鞯闹笖?shù)控制電路采用差分線性區(qū)指數(shù)控制電路，保證電路增益控制的PVT無關(guān)特性。電路采用中芯國際0.18μm

5、RF-CMOS工藝實現(xiàn)，對芯片進行鍵合測試。測試結(jié)果表明:第一中頻可變增益放大器在35.452MHz頻率處，能夠?qū)崿F(xiàn)-20～20dB的增益動態(tài)范圍;在低增益模式下，電路的1dB增益壓縮點為1.56dBm@35.452MHz;在高增益模式下，電路的噪聲系數(shù)為23dB。
　　本文進一步對電流模中頻無源混頻器進行研究和設(shè)計。在分析CMOS工藝下無源混頻器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，比較電壓驅(qū)動和電流驅(qū)動無源混頻器。基于低功耗與高線性度考慮，提出電流模式

6、下接收機中頻通路的概念，并提出一種新結(jié)構(gòu)的電流模電流驅(qū)動無源混頻器電路?；祛l器輸入跨導級采用并聯(lián)反饋全差分放大器，開關(guān)級采用動態(tài)偏置開關(guān)管結(jié)構(gòu)，電流放大級采用全平衡多輸出電流轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。電路采用中芯國際0.18μm RF-CMOS工藝實現(xiàn)，對芯片進行鍵合測試。測試結(jié)果表明:電流模式下的中頻混頻器能夠在較低電壓下，滿足增益、線性度、噪聲和功耗等性能要求。
　　本文還對應用于第二中頻的低電壓可變增益放大器進行了研究和設(shè)計。通過分析比較

7、基于CMOS工藝下增益可編程放大器電路的優(yōu)缺點，采用電流模增益可編程放大器電路實現(xiàn)低電壓下電流放大。增益可編程放大器采用工作在Class-AB狀態(tài)的全差分電流放大器單元，并引入電流模直流失調(diào)電路穩(wěn)定電路的直流工作點。電路采用中芯國際0.18μmRF-CMOS工藝實現(xiàn)，對芯片進行鍵合測試。測試結(jié)果表明:電流模式下的增益可編程放大器器能夠在較低電壓和較低功耗下，不犧牲增益范圍和增益誤差等性能，大幅度改善了電路的線性度。
　　本文最后對