6.36.8ghz射頻收發(fā)前端芯片的設計

1、D e s i g n o f 6 ．3 —6 ．8G H z R F T r a n s c e i v e rF r o n t ——e n dC h i pA T h e s i sS u b m i t t e d t oS o u t h e a s t U n i v e r s i t yF o r t h e A c a d e m i c D e g r e e o f M a s t e r o f E n g i

2、n e e r i n gB YL I H a oS u p e r v i s e d b yP r o f ．H U A N G F e n g - y ia n d J I A N G N a nS c h o o l o f I n f o r m a t i o nS c i e n c e a n d E n g i n e e r i n gS o u t h e a s tU n i v e r s i t yM a r

3、 c h 2 0 1 6摘要摘要對于未來5 G 通信來說，除了使用傳統(tǒng)上的低于6 G H z 的移動通信授權(quán)型無線頻譜資源以外，還將有望開發(fā)并拓展使用6 - 1 0 0 G H z 頻段的無線頻譜資。本次設計把頻段定在6 ．3 ．6 ．8 G H z ，在對比幾種常用收發(fā)機架構(gòu)的優(yōu)缺點之后選取了零中頻收發(fā)機結(jié)構(gòu)，并確定了收發(fā)前端的設計指標。其中射頻接收前端包括低噪聲放大器( L N A ) 和下混頻器( M i x e r ) ，射頻發(fā)

4、射前端包括驅(qū)動放大器( D A ) 、射頻可變增益放大器( R F P G A ) 和上混頻器( M i x e r ) ，根據(jù)系統(tǒng)指標要求明確了各個子單元電路的設計要求。根據(jù)設計需要，低噪聲放大器需要實現(xiàn)單轉(zhuǎn)雙功能，在比較幾種常用低噪聲放大器結(jié)構(gòu)后，本文設計采用單轉(zhuǎn)雙噪聲抵消技術(shù)的L N A ，并在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎上，引入正反饋技術(shù)和電流復用技術(shù)提高增益降低噪聲，以及添加了平衡B u f f f e r 電路來改善電路輸出差分性能。為了

5、提高下混頻器的線性度和降低閃爍噪聲，本文選用了無源混頻器結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設計要求，對混頻的開關(guān)對電路和中頻放大器電路以及本振B u f f e r 電路作了詳細的分析?；祛l器為I ／Q 正交混頻器，包括四路開關(guān)對電路和兩個全差分中頻放大器；電路輸出信號l d B 帶寬大于2 5 0 M H z ；輸入線性度P l d B 大于一5 d B m 。驅(qū)動放大器的設計要求實現(xiàn)差分轉(zhuǎn)單端的功能，并且輸出功率大于6 d B m ，本文設計的D A 電

6、路分為兩級：差分轉(zhuǎn)單端電路級和輸出驅(qū)動電路級。為了提高線性度和帶寬以及減小芯片面積，輸出驅(qū)動級電路采用推挽反相器結(jié)構(gòu)；差分轉(zhuǎn)單端電路中添加了一個小電感來平衡6 ．3 ．6 ．8 G H z 頻段的相位和幅度。本設計采用2 ．5 V 電壓供電來實現(xiàn)電路線性度的要求，晶體管選用厚柵氧化層管。射頻可變增益放大器的設計采用全差分C a s c o d e 放大器結(jié)構(gòu)，在輸入端合理控制偏置電壓，來提高電路的線性度；通過控制信號電流在共榴晶體管的流

7、向來改變電路的增益，增益0 —1 0 d B 可調(diào)，增益調(diào)節(jié)的同時不會影響電路輸入級的匹配和線性度指標。上混頻器采用全差分形式的I ／Q 正交調(diào)制結(jié)構(gòu)，它包括了兩個雙平衡G i l b e r t 單元混頻器，并采用帶中間抽頭的差分電感作為負載；輸入信號偏置電壓實現(xiàn)片內(nèi)可調(diào)節(jié)；本振端的偏置電壓采用動態(tài)自適應偏置電路來實現(xiàn)；為了擴展帶寬，電感負載上可以并聯(lián)一個電阻。本文設計的射頻接收前端芯片和射頻發(fā)射前端芯片，完成了版圖設計、仿真、流片以

8、及接收前端芯片的測試，芯片采用T S M C 0 ．1 3 u mC M O S 工藝流片。射頻接收前端芯片測試結(jié)果表明：在6 ．3 - 6 ．8 G H z 頻段內(nèi)S 1 l < ．1 0 d B ；增益1 9 ．3 l d B 可調(diào)；中頻輸出1 ．5 d B 帶寬3 5 0 M H z ；輸入l d B 壓縮點大于一2 0 d B m ，輸入三階截點( I I P 3 ) 大于一1 0 d B m ；噪聲系數(shù)( N F ) 小