深亞微米級CMOS數(shù)字廣播無線接收前端中頻率綜合器的研究.pdf

1、廣播與通信的數(shù)字化一直以來都是無線通信技術(shù)發(fā)展的重要方向。近年來出現(xiàn)了許多數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)，如DRM(Digital Radio Mondiale)和DAB(Digital Audio Broadcasting)。本文主要對數(shù)字廣播接收機(jī)芯片中的頻率綜合器進(jìn)行分析研究，基于SMIC0.18μmCMOS工藝設(shè)計(jì)完成了適用于數(shù)字廣播系統(tǒng)的鎖相環(huán)頻率綜合器模塊，并進(jìn)行了流片驗(yàn)證，最終與接收芯片進(jìn)行了系統(tǒng)級測試與驗(yàn)證。
　　本文主要研究內(nèi)容創(chuàng)

2、新點(diǎn)為:
　　1.對目前主流的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，根據(jù)數(shù)字廣播中頻率綜合器的設(shè)計(jì)指標(biāo)，選擇了整數(shù)分頻電荷泵鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了模塊參數(shù)制定與優(yōu)化，對各模塊指標(biāo)進(jìn)行了分配并進(jìn)行了行為級的仿真。
　　2.對LC調(diào)諧的壓控振蕩器(LC-VCO)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)?；贚TI模型與LPVT模型對相位噪聲的產(chǎn)生機(jī)理與優(yōu)化手段進(jìn)行深入研究與分析，提出通過插入漏極電阻進(jìn)行相位噪聲優(yōu)化的方法，并進(jìn)行相關(guān)的定量分析;針對所需頻段，對諧振腔

3、電容及電感的數(shù)值比例進(jìn)行定量計(jì)算與仿真，優(yōu)化了無源器件的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。針對所設(shè)計(jì)的LC-VCO調(diào)諧范圍與控制模式，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于查找表的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)模塊。電路采用中芯國際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，對芯片進(jìn)行鍵合測試。測試結(jié)果表明:設(shè)計(jì)的LC-VCO達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，并且具有優(yōu)越的相位噪聲特性，自動(dòng)頻率校準(zhǔn)模塊能夠完成校準(zhǔn)功能。
　　3.對鎖相環(huán)反饋分頻器進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。針對數(shù)字廣播系統(tǒng)的特殊性，反饋分頻器具有分頻

4、比大、分頻范圍寬等特點(diǎn)。針對系統(tǒng)要求，本文設(shè)計(jì)了適用于寬帶VCO輸出信號(hào)的電流模邏輯(CML)結(jié)構(gòu)雙模預(yù)分頻器，并對其噪聲抖動(dòng)性能進(jìn)行分析與研究;針對PS計(jì)數(shù)器模塊，本文設(shè)計(jì)了適用于毛刺抑制的觸發(fā)器結(jié)構(gòu)。電路采用中芯國際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，對芯片進(jìn)行鍵合測試。測試結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的電路能夠在寬頻帶輸入情況下完成分頻功能。
　　4.對鑒頻鑒相器與電荷泵進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。本文采用無死區(qū)PFD結(jié)構(gòu)，采用差分信號(hào)

5、控制電荷泵電流的充放電;通過分析電荷泵的非理想特性對輸出雜散的影響，提出了雙誤差放大器電荷泵結(jié)構(gòu)，優(yōu)化其電流失配性能。電路采用中芯國際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，對芯片進(jìn)行鍵合測試。測試結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的鑒頻鑒相器邏輯正確且無死區(qū)，所設(shè)計(jì)的電荷泵結(jié)構(gòu)改善了輸出電流失配特性。
　　5.對輸出正交分頻器進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)?；诒菊穹讲ǒB加原理，對諧波混頻與諧波抑制原理進(jìn)行分析與研究，設(shè)計(jì)了適用于諧波抑制混頻器的正交分頻

6、器模塊，該模塊針對低頻本振能提供8路正交信號(hào)，以構(gòu)成諧波抑制混頻器所需的偽正弦信號(hào)。針對L波段高頻本振，則產(chǎn)生4路25％占空比的信號(hào)，以提高混頻器的轉(zhuǎn)換增益。電路采用中芯國際SMIC0.18μm RF-CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，對芯片進(jìn)行鍵合測試。測試結(jié)果表明:正交分頻器能夠正確輸出所需正交信號(hào)，并且配合諧波抑制混頻器能夠改善對三次與五次諧波的抑制特性。
　　6.對所設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)進(jìn)行了芯片集成，實(shí)現(xiàn)了完整的鎖相環(huán)功能，并且配合射頻通道模塊