【摘 要】
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随着科学技术的不断发展,为了满足人们对于日常生活的需求,移动通信技术迅速发展。CMOS集成电路具有集成度高、小型化、成本低的优点,CMOS集成电路广泛用于通信、雷达、民用以及军用领域中。随着移动通信系统工作频率的增高,低相位噪声的振荡器的设计难度越来越大,为了解决这个问题,利用器件非线性特性的倍频器具有重要的研究意义。CMOS工艺的倍频器通过将低频输入信号倍频到高频输出信号的方式,来得到高频谱纯度
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随着科学技术的不断发展,为了满足人们对于日常生活的需求,移动通信技术迅速发展。CMOS集成电路具有集成度高、小型化、成本低的优点,CMOS集成电路广泛用于通信、雷达、民用以及军用领域中。随着移动通信系统工作频率的增高,低相位噪声的振荡器的设计难度越来越大,为了解决这个问题,利用器件非线性特性的倍频器具有重要的研究意义。CMOS工艺的倍频器通过将低频输入信号倍频到高频输出信号的方式,来得到高频谱纯度的高频信号。本文主要针对CMOS工艺下通信系统中倍频器的研究与设计。本文的研究方向包含四个主要部分:一、倍频器理论知识的介绍。非线性器件出发,介绍一些用于倍频器的非线性器件,以及倍频器的实现原理,通过结合场效应管倍频器来进一步对倍频理论进行介绍。二、对于无源器件——无源电感、无源电容、变压器,进行简单的研究。同时对于四阶变压器匹配网络进行了分析,介绍了如何利用变压器设计宽带的阻抗匹配网络,为后面设计宽带二倍频提供了阻抗匹配的基础,同时介绍了几种提高倍频器转换增益和谐波抑制度的技术。三、介绍了一款高谐波抑制度宽带的二倍频。针对应用于5G通信系统的1T1R通道的高谐波抑制度宽带二倍频设计,输出频率范围16～26GHz,转换增益大于0.4d B,基波的抑制度大于35d Bc。针对高谐波抑制度的指标要求,设计采用了传统的的Push-Push二倍频结构,为了提高转换效率,运用了Load-Pull技术确定最佳负载阻抗。为了解决低频率共源极结构输入阻抗匹配较难的问题,从MOS管的模型出发,采用增加MOS管的寄生电容和栅极串联电感的方式实现输入的匹配。四、介绍了一款高谐波抑制度的三倍频。输出频率范围18～24GHz,转换损耗小于9.7d B,对于基波的抑制度大于17d Bc,二次谐波的抑制度大于16.5d Bc,三次谐波的抑制度大于20.5d Bc。电路采用双平衡混频结构可以有效提高对于基波的抑制度。同时运用变压器巴伦来与MOS管的寄生电容耦合的方式,将混频部分的直流通路与Push-Push的直流通路分开,来提高倍频器的转换效率,并且通过合理的版图设计从而实现比较平衡的信号输入与输出。输入阻抗匹配和输出阻抗匹配均采用四阶变压器匹配的方式来实现宽带的阻抗匹配。
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