射頻集成電路中CMOS混頻器的設計.pdf

1、隨著無線通信系統(tǒng)和數(shù)字電視廣播的飛速發(fā)展,對射頻接收機前端的實現(xiàn)提出了越來越高的低成本,高集成度和高性能的要求。針對這樣的趨勢,射頻設計工程師越來越多的利用低成本高產量的CMOS技術來實現(xiàn)接收機前端,從而使得射頻和基帶數(shù)字電路的集成成為可能。
　　目前隨著深亞微米和超深亞微米CMOS工藝的發(fā)展,MOS管的截止頻率己經(jīng)達到幾十吉赫茲,特征頻率等表征射頻參數(shù)的指標已經(jīng)能夠勝任當前對射頻電路的要求。但與其他工藝相比,CMOS工藝存在跨導

2、小、頻率特性差和噪聲大等不足,因此設計出高性能的CMOS射頻電路已經(jīng)成為國內外的研究熱點。
　　混頻器是接收機中的核心模塊,高性能混頻器的設計是實現(xiàn)高性能通信系統(tǒng)的關鍵,其性能直接影響接收機的靈敏度和選擇性。本課題中設計的混頻器應用于數(shù)字有線電視調諧器中,該電路采用一次變頻架構,需要將接收到的數(shù)字電視信號(44.25MHz~863.25MHz)下變頻到固定的中頻(36MHz),并實現(xiàn)選頻的功能。由于要在這樣一個寬范圍頻帶內使混頻器

3、的增益、線性度、噪聲系數(shù)等各項性能指標同時滿足設計要求比較困難,所以把頻帶劃分為三個波段,并在各自波段分別設計混頻器,通過一定的切換來實現(xiàn)在整個頻段內的工作。
　　論文首先介紹了選題的背景,分析了國內外近些年混頻器的研究現(xiàn)狀,給出了設計要求。
　　其次,對混頻器的工作原理進行了分析,介紹了其分類情況,以及相關的重要指標:轉換增益、線性度、噪聲系數(shù)、隔離度等。由于混頻器的轉換增益、線性度、噪聲系數(shù)三個性能指標是其設計過程中最重

4、要的指標,所以在第三章著重對本文所采用的Gilbert CMOS混頻器中這三個性能指標的理論進行了探討,給出了這些指標目前的研究方法和理論模型,對具體電路設計提供理論指導,以縮短設計周期。
　　再次,針對本課題的應用背景,確定了CMOS混頻器的具體實現(xiàn)方案,完成了整個模塊的電路結構設計。該混頻器的實現(xiàn)方法如下:
　　1、采用多混頻器切換的方法實現(xiàn)寬頻率調諧范圍。將頻帶劃分為低波段、中波段和高波段,每個波段由一個混頻器覆蓋。三

5、個混頻器分別由使能信號控制,確保同一時刻只有一個混頻器處于工作狀態(tài)。該方案滿足調諧器一次變頻的系統(tǒng)架構要求,且結構簡單。
　　2、單個混頻器選用經(jīng)典的Gilbert差分拓撲結構。它包含四級電路:(1)工作在高頻飽和狀態(tài)的互導級電路是射頻輸入端口,負責把輸入電壓信號轉化成電流信號;(2)工作在開關狀態(tài)的兩對差分管構成了開關級電路,對互導級電路形成的射頻電流信號進行開關調制,實現(xiàn)混頻功能;(3)負載級電路負責把混頻輸出的中頻電流信號轉

6、化為電壓信號;(4)由電流鏡構成的尾電流電路。
　　3、對于一個功能完整的混頻電路,它的偏置網(wǎng)絡和共模反饋等外圍電路也是需要考慮的。為此設計了本振緩沖級電路來確?；祛l器的性能穩(wěn)定,偏置電路來給個電路單元提供偏置電流。
　　最后,基于特許半導體(Chartered)0.35μm RF-CMOS工藝,通過Mentor Graphics的EDA軟件IC studio平臺和Eldo/RF對該電路進行了仿真,仿真結果滿足了電路設計的要