基于CMOS工艺的全集成高线性度可重构全球卫星导航系统射频接收机

介绍采用CMOS工艺设计全球卫星导航系统(GNSS)中射频接收机的可重构方法与高线性度技术.为完成多模多频接收,系统采用双通道结构,同时独立地接收两个不同频段的导航信号;针对不同导航系统的信号特征,接收机带宽可自由配置.此外,针对复杂环境下GNSS接收机高线性度要求,采用将混频器作为射频接收机第1级的系统结构,旁路低噪声放大器,从而提高系统线性度.GNSS射频接收机在0.18μm CMOS工艺下流片测试,工作频率在1.2/1.57GHz,噪声系数为2.5/2.7dB,镜像抑制比为28dB,最大电压增益110dB,增益动态范围73dB.采用高线性度结构后,输入1dB压缩点由-58dBm提高为-3dBm,接收机线性度显著提高.     

2.4 GHz频段射频前端高线性度SiGe低噪声放大器设计

为满足高性能射频前端接收部分对高线性度的需求，基于SiGe BiCMOS工艺设计并实现了一款工作在2.4 GHz频段的高线性度低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）.该放大器采用Cascode结构在增益与噪声之间取得平衡，在Cascode结构输入和输出间并联反馈电容，实现输入端噪声与增益的同时匹配.设计了一种改进的动态偏置有源电流镜以提升输入 1 dB压缩点及输入三阶交调点的线性度指标.为满足应用需求，LNA与射频开关及电源模块集成组成低噪声射频前端接收芯片进行流片加工测试.测试结果表明：在工作频率2.4 ~2.5 GHz内，整个接收芯片增益为14.6 ~15.2 dB，S11、S22<-9.8 dB，NF<2.1 dB，2.45 GHz输入1 dB压缩点为-2.7 dBm，输入三阶交调点为+12 dBm.芯片面积为1.23 mm×0.91 mm.该测试结果与仿真结果表现出较好的一致性，所设计的LNA展现出了较好的线性度表现.     

一个单端LO输入的新型混频器电路

设计了一个基于工作在线性区的MOSFET的新型宽带混频器.此混频器以标准CMOS工艺和简单的电路实现了现代无线通讯系统高线性度、低压和低功耗的要求,工作频带宽,且只需单端本振输入,解决了本振信号的单双端变换问题.由仿真结果可知:电路工作电压为1.2 V,功耗3.8 mW,增益为13.8 dB,P-1 dB为-4 dBm,噪声为12 dB.     

用于UHF RFID零中频接收机的混频器设计

基于SMIC 0.18.μm CMOS工艺,设计了一种应用于超高频(UHF)射频识别(RFID)系统零中频接收机的混频器.在对传统吉尔伯特混频器的噪声指标进行深刻分析的基础上,采用动态电流注入技术,设计出了一种低噪声、高线性度的混频器.动态注入电路有选择地向跨导级注入适当电流,大大抑制了开关管中的闪烁噪声,从而提高了混频器的整体噪声性能,同时又不影响混频器的线性度.在1.8V电源电压下,仿真显示,该混频器取得11.3dB的噪声系数、-5.58 dBm的输入l dB压缩点、26.04 dB的转换增益.芯片仅消耗7.2 mW功耗,占用404 μm*506 μm芯片面积.     

基于噪声相消和线性度提高的低噪声放大器

鉴于传统共源共栅低噪声放大器由于受共栅级的影响.其噪声和线性度都不理想,为此在共栅级上引入一对交叉耦合电容和电感,以消除共栅级的噪声并提高放大器的线性度.采用特许半导体公司0.25μm射频互补金属氧化物半导体工艺进行了设计.仿真结果表明低噪声放大器在2.4 GHz处的噪声系数仪有1.34dB.该电路能够提供17.27 dB的正向增益、小于-38.37 dB的反向传输系数、小于-27.73 dB的输入反射系数、小于-15.85 dB的输出反射系数,该放大器的三阶交调点为0.58 dBm.消耗的功率为11.23 mW.     

WCDMA直放站应用的线性化功率放大器

采用一种应用三阶交调信号发生器产生的交调信号反相对消掉功率放大器自身的交调分量改善功率放大器的线性度的射频预失真方法,设计和实现了应用于WCDMA直放站的预失真线性化功率放大器.实测结果表明,在2.11～2.17 GHz频带内,功率放大器在输入1MHz间隔的双音频信号条件下,输出功率42dBm,增益56dB,三阶交调失真比达到-70dBc,三阶交调改善量大于25dB.功放输入-14dBm的双载波WCDMA信号时,输出功率达到42dBm,相邻信道功率比(ACPR)达到-50dBc,改善量达到9dB.     

新型高线性度双平衡CMOS混频器芯片的设计

设计了一款用于无线通信射频系统的新型双平衡混频器芯片,该混频器的输出信号中不存在与射频输入信号相关的二次非理想项,具有高线性度.该混频器基于新型乘法器结构,在两个工作于线性区的对称金属氧化物半导体(MOS)晶体管的源、漏两极加入差分射频信号,在其栅极加入差分本振信号,从而以低复杂度方式实现射频信号与本振信号的双平衡混频或相乘;采用差分推挽放大器及源随器作为芯片的输出缓冲接口,改善了芯片与片外电路之间的隔离度,提高了功率增益和输出匹配性能.芯片采用0.18 μm射频(RF)互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺流片,实现超宽频带范围内的信号混频或相乘,1 dB压缩点2.9 dBm,三阶交调16 dBm,总功耗25 mW,芯片性能良好,可以满足高性能、超宽带、高速无线通信系统的要求.     

Zigbee接收机内嵌CMOS程控增益放大器设计

针对低中频结构Zigbee接收机,设计一个CMOS程控增益放大器,在低功耗下实现了宽dB线性动态范围和高线性度。程控增益放大器提供70dB数字控制的线性动态范围,增益步长为2dB,增益误差≤±1dB,工作带宽1MHz～3MHz,最大增益时IIP3为1.86dBm,功耗3.14mW。采用SMIC 0.18 CMOS工艺,供电电压1.8V。     

适用于软件无线电的高线性度、低功耗无源下变频混频器的设计

设计了一个用于软件无线电的高线性度、低功耗的无源下变频混频器,采用TSMC 65 nm CMOS工艺实现,芯片面积为0.2 mm~2,总功耗为8 mW@1.2 V.混频器中采用了改进的Gm单元,结合源级负反馈技术和MGTR技术,在提高混频器IIP_3的同时,拓宽了输入线性区域的范围.测试结果表明:线性区域的范围得到一定程度的提高,即使输入RF信号的功率为-12 dBm.混频器的IIP_3≥10.9 dBm,IIP_2≥45 dBm;在900 MHz处,混频器获得最大转换增益13.2 dB,此时NF为13.8 dB.     

0.25 μm CMOS蓝牙射频接收机前端

采用TSMC 0.25 μm CMOS工艺，设计了一种2.4 GHz CMOS低中频结构的蓝牙射频接收机前端.整个接收机前端包含全差分低噪声放大器、混频器以及产生正交信号的多相滤波器.叙述了主要设计过程并给出了优化仿真结果.采用Cadence SpectreRF进行仿真，获得了如下结果：在2.5 V工作电压下，中频输出增益为21 dB，噪声系数为7 dB，输入P 1 dB为-21.3 dBm，IIP3为-9.78 dBm，接收机前端总的电流消耗为16.1 mA.