DESIGN AND IMPLEMENTATION OF KEY BUILDING BLOCKS FOR A 60-GHz RECEIVER FRONT--END.pdf

1、載頻為60GHz通信系統(tǒng)具有很寬的可用信號帶寬，其數(shù)據(jù)速率可能超過Gbps。目前，世界不同地區(qū)常用的60GHz通信系統(tǒng)的載頻范圍為57～66GHz。高數(shù)據(jù)傳輸速率對于對于高速個域網(wǎng)或者實時視頻傳輸系統(tǒng)等無線通信系統(tǒng)來講非常關(guān)鍵。而且超高速數(shù)據(jù)傳輸對于未來不能預(yù)見、尚未物理實現(xiàn)的無線應(yīng)用同樣非常必要。60GHz通信系統(tǒng)在高速信號傳輸、系統(tǒng)的小型化和天線的高度指向性方面具有明顯優(yōu)勢，然而同時也存在信號傳播衰減問題?？諝庵械难鯕夥肿訉?0GH

2、z微波信號的衰減為10～15dB/km，此衰減也限制了60GHz通信系統(tǒng)的使用范圍只能為短距離通信。盡管在短距離內(nèi)(＜1km)仍然有大量的無線應(yīng)用存在，比如高質(zhì)量視頻會議，高分辨率攝像傳輸、局域網(wǎng)文件傳輸?shù)鹊取Ｍ瑫r，60GHz存在的大氣衰減也給頻率復(fù)用、降低系統(tǒng)內(nèi)部串?dāng)_提供了方面。
　　高性能的無線收發(fā)機(jī)對于實現(xiàn)60GHz通信系統(tǒng)來講非常重要。而接收機(jī)的射頻前端又是其中最重要的模塊。本文著重于接收機(jī)射頻前端模塊電路設(shè)計的新方法、新

3、技術(shù)，重點研究了這些新方法、新電路結(jié)構(gòu)對于降低系統(tǒng)功耗、提高接收機(jī)增益和帶寬的作用，并將研究結(jié)果與前人的工作進(jìn)行了比較。本文基于采兩次變頻接收機(jī)架構(gòu)和65nm CMOS工藝，研究了60GHz低噪聲放大器、下變頻器、正交混頻器以及產(chǎn)生正交本振信號的全通濾波器的設(shè)計和測試。其中，除了60GHz低噪聲放大器，其他電路模塊均被集成于最終的接收機(jī)中，并構(gòu)成了接收機(jī)的兩次變頻模塊。相比與前人工作，上述電路模塊在某些方面取得了性能上一定的突破。本文在

4、給出了上述所有模塊電路的測試結(jié)果之外，還展示了一款用于毫米波應(yīng)用的慢波升高微帶線，仿真結(jié)果表明該微帶線性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)微帶線和共面波導(dǎo)。
　　用于60GHz的第四頻段63.72～65.88GHz的低噪聲放大器采用恒電流密度偏置方案，在負(fù)載級和中間級都采用了電感和基于共面波導(dǎo)的感性傳輸線。與其他已經(jīng)發(fā)表的文章相比，此低噪聲放大器取得了有競爭力的優(yōu)值0.465GHz/mW，增益S21為12±1.44dB，輸入輸出匹配參數(shù)S11和S22

5、都低于-10dB，反相隔離度S12＜-40dB，總的功率為16.2mW。
　　本文中的三個下混頻器采用基于經(jīng)典的吉爾伯特混頻器的折疊式有源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第一個混頻器（雙平衡混頻器），測試結(jié)果實現(xiàn)了9.8 dB的轉(zhuǎn)換增益，雙邊帶噪聲系數(shù)11.6dB，1dB壓縮點-13dBm。與最新的一些工作相比，此混頻器的優(yōu)值10.5dB具有很強(qiáng)的競爭力。后面的兩個混頻器采用多柵晶體管的方法增強(qiáng)線性度。多柵晶體管結(jié)構(gòu)的混頻器不僅實現(xiàn)了比傳統(tǒng)折疊式混頻器

6、高12.8dB的三階交調(diào)點，同時相比于其他已經(jīng)發(fā)表的工作，也取得了最高的優(yōu)值22.7dB，功率消耗只有1.2mW。
　　與其他最先進(jìn)的混頻器相比，本文中的帶有集成分頻器的正交解調(diào)器實現(xiàn)了最高的優(yōu)值16.88dB。另一個首次采用差分正交全通濾波器的正交混頻器也又具有有競爭力的測試結(jié)果，轉(zhuǎn)換增益是7～8dB，單邊帶噪聲系數(shù)11.3dB，IIP3為-8.75～-7.37dBm，功耗為7.2mW。
　　本文在給出了上述所有模塊電路的