導(dǎo)航接收機(jī)中混頻器的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)建設(shè)的導(dǎo)航系統(tǒng)，它的建設(shè)和完善勢必對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。地面接收終端是導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，混頻器作為導(dǎo)航接收機(jī)中的核心模塊之一，其電路性能與導(dǎo)航接收機(jī)系統(tǒng)的總體性能息息相關(guān)，因此對接收機(jī)中混頻器模塊的設(shè)計(jì)研究具有重要意義。
　　本文基于TSMC0.18um RF CMOS工藝設(shè)計(jì)了一種折疊正交雙平衡結(jié)構(gòu)的混頻器。該結(jié)構(gòu)的混頻器與傳統(tǒng)的吉爾伯特單元混頻器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用折疊的開關(guān)

2、級，提高了端口間的隔離度；采用電流源做負(fù)載，提高了混頻器增益；采用共模反饋電路為混頻器各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定的工作點(diǎn)，提高了混頻器的線性度；采用同相和正交兩個混頻器支路共用一組射頻輸入端口，在實(shí)現(xiàn)了正交混頻的同時(shí)降低了電路的功耗。
　　本文首先闡述了接收機(jī)和混頻器的理論知識。在混頻器電路設(shè)計(jì)過程中，本文對傳統(tǒng)的吉爾伯特單元混頻器進(jìn)行理論分析，然后對其進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，從而設(shè)計(jì)完成了一種折疊正交雙平衡結(jié)構(gòu)的有源混頻器。隨后本文對折疊正

3、交雙平衡混頻器電路的轉(zhuǎn)換增益和噪聲系數(shù)兩個重要指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，推導(dǎo)出影響轉(zhuǎn)換增益和噪聲系數(shù)的關(guān)鍵因素和相關(guān)參數(shù)；根據(jù)晶體管跨導(dǎo)效率與過驅(qū)動電壓的關(guān)系曲線以及晶體管參數(shù)對增益和噪聲的影響，從而確定了電路中晶體管的過驅(qū)動電壓和跨導(dǎo)；通過分析工藝條件和晶體管參數(shù)對混頻器性能的影響，確定了電路中各晶體管的溝道長度；設(shè)計(jì)共模反饋電路為混頻器各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定的共模電壓。
　　本文使用ADS與Cadence軟件分別對于所設(shè)計(jì)的混頻

4、器進(jìn)行了前仿真、版圖設(shè)計(jì)以及后仿真。ADS前仿真結(jié)果顯示，在射頻輸入信號頻點(diǎn)1.561GHz處，所設(shè)計(jì)的混頻器轉(zhuǎn)換增益為24dB，噪聲系數(shù)9.3dB，三階互調(diào)截點(diǎn)-19dB，線性度良好，隔離度大于150dB，功耗為3.8mA×1.8V，前仿真顯示論文所設(shè)計(jì)的混頻器電路完全滿足設(shè)計(jì)要求。使用Virtuoso工具所設(shè)計(jì)的混頻器版圖面積為230um×320um，后仿真結(jié)果顯示：混頻器轉(zhuǎn)換增益為22dB，噪聲系數(shù)11dB，三階互調(diào)截點(diǎn)-18dB