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基于SiGe工艺的射频前端高性能模块设计

作　者: 南超州
导　师: 虞小鹏
学　校: 浙江大学
专　业: 电气工程
关键词: SiGe工艺无线接收器射频前端低噪声放大器功率放大器双模预分频器电流模式逻辑分频器
分类号: TN702
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 72次
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内容摘要

在现代无线通信系统中,数字信号被调制到载波上,并经过天线发送到接收器。在接收器中,经过调制的射频信号被下混频至基带,以便于解调的进行。这一复杂过程对于无线收发器系统的噪声,线性度,发射功率等性能有着极高的要求。同时,由于现代无线通信对于高速数据传输率以及缓解低频频谱资源紧张的困境,逐渐向微波毫米波频段发展。这些性能要求与发展趋势都要求工艺的不断进步。本文结合SiGe工艺特性,对于SiGe工艺在射频前端电路设计中的可行性进行了分析,并通过具体实例加以验证。论文的第一章总结了SiGe工艺自发明以来的演变与发展,并对现今较流行的几种SiGe先进工艺进行了分析。接着深入分析了目前主流的无线收发器架构,以及它们的关键模块对于SiGe工艺的适应性。文中对于特定模块诸如低噪声放大器,功率放大器等电路设计中的关键性能进行了阐释,并结合SiGe工艺相对于硅工艺与其他Ⅲ-Ⅴ族特殊工艺的优势,进行了详细深入的探讨。论文的第二章则在第一章末节基于SiGe工艺的射频前端关键模块电路设计的可行性分析的基础上,着重论述了这些关键模块的电路设计技术。本文从决定无线收发器关键性能的模块出发,对基于SiGe工艺的电路实现方案进行了细致的分析,并给出了具体的电路实现和测试结果。设计实例包括一个基于带宽优化设计方法的40GHz电流模式逻辑分频器。本文给出了一种基于Gummel-Poon SPICE模型与交叉耦合结构的负阻模型的带宽优化方法,成功的实现了电流模式逻辑分频器操作带宽相较于之前设计的大幅优化。第二个设计实例为6GHz双模预分频器设计。以上两个都是基于JAZZ 0.18um SiGe工艺的实例。同时,本文给出了基于HHNEC 0.13um SiGe工艺的一种基于热噪声消除技术的低噪声放大器设计,以及一个2.4GHz,22dBm输出功率的高线性度功率放大器设计。这几个实例涵盖了射频前端设计中,对于噪声,线性度,以及输出功率水平等性能的关注。论文的最后,即在第三章中,给出了对于硕士期间基于SiGe工艺研究工作的总结,并对于该工艺在未来的无线通信技术发展中的前景进行了展望。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-9
Abstract  9-11
目录  11-13
1 绪论  13-37
  1.1 半导体技术的发展  13-14
  1.2 silicon germanium(SiGe)半导体技术  14-19
    1.2.1 SiGe双极型器件  16-18
    1.2.2 SiGe-HBT的主要应用  18-19
    1.2.3 Jazz半导体公司的SiGe技术  19
  1.3 无线电收发机现状及发展综述  19-28
    1.3.1 接收器(RX)架构  20-25
    1.3.2 发射器(TX)结构  25-28
  1.4 基于SiGe工艺的无线电收发机链路上各子模块设计可行性分析  28-37
2 SiGe射频前端的研究与实现  37-68
  2.1 基于SiGe工艺的高速分频器设计及其带宽优化方法研究  37-45
    2.1.1 概述  37-38
    2.1.2 模型提取以及理论分析  38-43
    2.1.3 40GHz静态分频器优化设计与测试结果分析  43-45
    2.1.4 总结  45
  2.2 一个基于SiGe工艺的6GHz双模预分频器  45-53
    2.2.1 概述  45-46
    2.2.2 多模预分频器常用拓扑分析  46-48
    2.2.3 电路设计  48-50
    2.2.4 测试结果分析  50-52
    2.2.5 总结  52-53
  2.3 基于热噪声消除技术的宽带低噪声放大器  53-60
    2.3.1 概述  53-54
    2.3.2 宽带噪声消除技术  54-55
    2.3.3 采用增益加强结构的宽带噪声消除电路  55-57
    2.3.4 电路实现与仿真结果  57-59
    2.3.5 总结  59-60
  2.4 2.4GHz全集成A/AB类功率放大器  60-68
    2.4.1 概述  60
    2.4.2 阻抗匹配  60-64
    2.4.3 功率放大器电路设计  64-65
    2.4.4 仿真结果以及分析  65-67
    2.4.5 总结  67-68
3 结论与展望  68-71
  3.1 论文总结  68-70
  3.2 未来工作展望  70-71
参考文献  71-77
作者简介  77
作者攻读硕士学位期间发表的论文  77

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