（电路与系统专业论文）018μmcmos工艺5ghz+wlan低噪声放大器和lowif下变频器.pdf

6 9 4 薯3 8 学位论文独创性声明 夺入声1 蜘蹶里突的学位沧文怒我个太在蛩好捂导f 避行的礤究工幸荤：及墩誊； 构研究成莱。搽我所妇i ，除了文中特别加以标注和致谢的她方井，论文中硝；包禽 其他人已经发表或攒筠过的研究成果，也不包台为获得东南大学或其它教育机构 鲶学垃或证豢瑟霞臻过盼耪糕。与鼗一慝工传的弱恚对本硬究所暇匏轻簿贡蘸均 已在论文中作了鞠确盼说明并表示了谢意。 签名：噎塾! 妻亟毯翁：丝 关于学缎论文使麓授权酌说嗣 系赢大学、孛黝科学技术信怂研究所、圜蒙图书馆有校僚鳍本，久所送交学位 论文麴复印俘翥电予文整，可豁采霜雾鼋、缩印或其 | 壹塞裁手段僳存论文。奉晨 电子文档的内容和纸质论文的内绺相致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被囊阕程借阕，可以公布 包括训登) 论文的全部或部分内察。论文的公东( 包 撬刊登) 援较东薅大学磅究生麓办理； 鍪韶：童验建亟导舜签名：舀期：叠一 缝1 ：堡兰 ! ：! ! 翌竺竺塑2 i 王兰! 鱼! ! ! ! ：! 翼墼鳖兰茎叁鲨塑! ! 羔：堡! 窒塑登， 一 摘要 最i 压十年，网络与无线通信的迅猫发展极人地搬动了社会的信息化进程。一方面一各种 落毖，包拳薹文字、鹫冀、声音誊i 鞫豫，广泛遣通过网络馋j l 刭信息终端，阚终豹蚤种照务已 渗透j i 【 稃行各业。另一方面，各种无线邋信技术的广泛虑埘已经健人类摆脱了通信场所的限 制，基本实现了随对随地通信的梦想。为了适麻信息爆炸增长对通信领域的更高要求，人 f 1 渴望将翊缝嚣无线遂蘩的 冕点台两为一。其薅来滋，裁是a # j 豹蜇栽终囊不嚣妥遥过不溺粪 刑的避接线米连接，而麓直接以无线方式、低成本搂入当地的有线网络，实时地共事并交换 各种信息资勰，无线局域网( w l a n ) 技术正是在这种背摄f 产生的。 零澡题采t l t s m c0 1 s 弘m 黪c m o s ：艺设诗碧实瑗援予i e e e8 0 2 。1 1 a5 g h zw l a n 系统的射频接收机中的低噪声放人器( l n a ) 和低中频”f 燮, 频器( d o w nc o n v e r t e r ) 。其中，l n a 的主要功能是将犬线接收到的微弱信号在引入较低的噪声的情况f 进行放大。输入端要求实 强弱敬瓣疆撬匹配。d o w nc o n v e r t e r 将l n a 辕螯魏臻号譬奉蚕穰号( ) 淀撅产妻蔓繇中 频信号，要求噪声低、线性度高并提供迸当的增赫。 本论文第一章介蜊接收机的基本结构及其性能参数。 第三攀奔缨了集袋电路兹：艺渠遽，1 艺选器拳 设诗滚挥。 第刚章介纠了l n a 阻抗匹配的几种结构，在此蒸础上确定了渊极电感反馈式绱构。然 i 亓对l n a 的噪声进行了分析和优化，给出了1 乜路冉勺仿真结果。 论文第五章蕾党奔绢雯鼗器麓鏊零鞭瑾拳l ，l 静不鞫瓣电蘧缝秘，s l 入了差势平簿g i l b e r t 式结构，通过对变频器噪声机理的分析，在原有的结构上增加了电流注入模块。最后给出了 屯路的仿真结果和芯片趟片。 籀a 牵分绍苍j 幸赫测试。包据在背溯斌萃l l 茎片测试，l n a 豹瓣试结栗表明奄爨“l “作在 4 7 g h z 仃勺增黼为157 d b ，噪声为25 d b ，1 d b 增益乐缩点对应的输入功率为一96 d b m ，基本 满足指标。变颜器的测试 作已在进行中。 【关键词】 无线局域l 姑j ( w l a n )瓣频接牧毒蔻( 较fr e c e i v e r )低臻声放大器( 疆a ) 低中频下变频器( l o wi fd o w nc o n v e r t e r )c m o s 噪声系数( n f ) 第3 页共8 2 甄 坝 ：论文0t 8 m t nc m o s ”r 冀5 g h zw 1 a n 低噪声放火鞴鞠l o w - i f 下堂频器 a b s t r a c t c o m p u t e rn e t w o r k sh a v ec h a n g e do u rl i f es t y l e sg r e a t l yo v e rt h ep a s td e c a d e f 1 0 r np l a i n t e x t st ov o i c e ，f r o ms t i l lp i c t u r e st om o v i e s ，s h a r i n gi n f o r m a t i o no v e rt h en e t w o r kh a sb e c o m ep a r t o fo u rd a i l yl i f e ，a n o t h e rt e c h n o l o g yt h a th a sm a d ee q u a li m p a c tt ot h es o c i e t yi st h ep e r s o n a l w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h ew o r l d w i d es p r e a da n da d o p t i o no fc e l l u l a rs y s t e m sh a s c o m p l e t e l yr e d e f i n e dt h er u l eo f c o m m a n i c a t i o nt i m ea n dp l a c ea r en o tb a r r i e r sa n ym o l e t i l ee v e r - i n c r e a s i n gd e m a n df o rb o t hi n f o r m a t i o na n dm o b i l i t yc a l l sf o rt i l ec o m b i n a t i o no f t h ec o m p u t e rn e t w o r ka n dt h ew i r e l e s sc a p a b i l i t y an u m b e ro fs y s t e m se m e r g e dt om e e tt h e w i r e l e s sn e t w o r ka c c e s sr e q u i r e m e n t ，a m o n gt h e map r o m i s i n gc a n d i d a t ei st h ei e e e8 0 2 1 1 a 5 - g h zw i r e l e s si o c a la r e an e t w o r k ( w l a n ) i nt h i sp a p e r , w ep r e s e n tt h ed e s i g no fal o wn o i s ea m p l i f i e r ( l n a ) a n dal o w - i f ( i n t e r n l e d i a t ef r e q u e n c y ) d o w nc o n v e r t e r ( m i x e r ) f o rt h e5 - g h zw l a na p p l i c a t i o n t h e s et w o c i r c u i t sa r er e a l i z e dw i t ht s m c0 8 p r oc m o st e c h n o l o g y i nc b a p t e l 。2 ，a r c h i t e c t u r e sa n ds p e c i f i c a t i o n so ft h er fr e c e i v e ra l ed i s c u s s e df i r s t a n da l o w - i fr e c e i v e ri su s e da c c o r d i n g l y c h a p t e r3i n t r o d u c e sm p w ( m u i t i - p r o j e c t - w a f e r ) a n dt h ep r o g r e s so fi n t e g r a t e d c i r c u i t s d e s i g n c h a p t e r4f o c u s e so nt h el n a ，c o n s i d e r a t i o n so fi m p e d a n c em a t c h i n g , n o i s ef i g u r ea n d i s o l a t i o ng u i d e dt h es e l e c t i o no fc i r c u i tt o p o l o g y t h ef i n a ld e s i g ni sa ni n d u c t i v e l ys o u r c e d e g e n e r a t e dd i f f e r e n t i a la m p l i f i e r c h a p t e r5d i s c u s s e st h ed e s i g no f t h em i x e r ad o u b l e - b a l a n c e dg i l b e r ts t r u c t u r ew i t hc u r r e n t i n j e c t i o ni su s e da c c o r d i n gt og a i na n dn o i s ea n a l y s i s 。t h ep e r f o r m a n c ei si m p r o v e dw i t ht h e i n t r o d u c t i o no fi m p e d a n c em a t c h i n ga n dc a r e f u ll o c a lo s c i l l a t o r ( l o ) p o w e io p t i m i z a t i o n s i m u l a t i o ni _ e s u l t sa r es h o w nw i t ht h em e a s u r e m e n ti np j o g r e s s c b a p t e r6d e a l sw i t h em e a s u r e m e n t t h em e a s u r e m e n to fl n as h o w st h a tt h ec i r c u k w o r k sa t4 7 g h zw i t h15 7 d bg a i n ，2 5 d bn o i s ef i g u r e ( n f ) a n d 一9 ，6 d b m1 d bc o m p r e s s i o n p o i n t ( p 1 。d a ) t h et e s to fd o w n c o n v e r t e ri si np r o g r e s s k e yw o r d s i w l a nr fr e c e i v e rl n ad o w nc o n v e r t e rc m o s n o i s ef i g u r e ( n f ) 筘4 强共8 2 灸 塑i ：堡墨! ：! ! 竺竺! 竺q ! 三兰! 璺! ! 型! 苎型堡坚兰些盔堡塑! ! 兰! ! ! 些塑塑 第1 章概述 1 1 信息通信发展和无线局域网 最近十年，国际互联n ( i n t e r n e t ) l t 企业i = | 部网( i n t r a n e t ) 的迅猛发展促进了，个人电脑p c ( p e r s o l l a lc o m p u t er ) 的普及。各种信息，包括文字、幽片、卢音和图像，r 泛地通过网络传 播到信息终端个人电脑。目前网络的箨种业务，包括电子邮件、远程数据交换以及网页浏览 已渗透剑各个方面改变着人类的生产币i 生活方式。 另一方面，各种无线通信技术，如无线寻呼、移动通信蜂窝技术等相继出现。这些技术 的广泛推广雨1 应用已经使人类摆脱了通信场所的限制，基本实现了随时随地通信的梦想。 此外为了便于用户携带方便，各种智能终端，如个人数字助理( p e r s o n a l d i g i t a l a s s i s t a n t ) ， 膝上电脑( l a p t o p ) 和手机( m o b i l ep h o n e ) ，体积越来越小。这些智能终端正逐渐成为人类生活、 1 作和学习不可缺少的r 具。 为了适应朱米电子商务的巨大需求、信息传播的日黼普及和信息爆炸增长羽通讯领域的 更高要求，人制渴望4 9 - n 络和无线通信的优点台而为一，具体来说，就是人们的智能终端不 需要通过不同类型的连接线米连接，而是直接以无线方式、低成本接入当地的有线网络，实 时地共享升交换各种信息资源。 这就是无线局域网w _ l a n ( w i r e l e s sl o c a l a r e a n e t w o r k s ) 发展的原动力。有线网络的巨 大成功，无线技术的迅猛发展及其终端的日益微型化为无线局域网提供了必要的技术准备。 这些技术综台了有线网络年无线网络的优点：与传统的有线网络相比，它可以在不破坏大楼 设施的情况一i - 实现信息的共享利传播：与无线j 1 。域网( w i r e l e s sw i d e a r e a n e t w o r k s ) 相比，它 可以根据需要实时地建立或撤销一个临时网络。由于适应了大容量、高速率的多媒体数据业 务的传播要求，无线局域网已迅速成为通讯领域新的热门课题之一。 1 2 无线局域网标准f 1 卜 为了使不同厂家制造的部件能够拍：同一个系统中1 力恫工作，需要相应的协议或标准对技 术开发加以规范。通常会有一些专fj 的机构根据本国、本地区的技术背景及要求来制定技术 标准，如美国的i e e e ( t h ei n s t i t u t e o f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s ) 机构为以太网 第5 砸共8 2 页 堡! 丝兰! ：! ! ! 竺! 兰旦! ：! 兰! 堑! ! ! 坠型堡些皇垫叁堂塑! ! ! ：! ! ! 壅塑鲨 ( e t h e m e t ) 制定的i e e e8 0 23 标准，欧洲c e p t ( c o n f e r e n c ee u r o p e a np o s t st e l e c o m m u n i c a t i o n ) 组织的g s m ( g r o u ps p e c i a lm o b j 】e ) 委员会为欧洲无线通信制定的g s m ( g i o b a ls y s t e m f o r m o b i l e ) l , g 准。 对无线局域网，欧洲采川h i p e r l a n ( e u r o p e a nh i g h p e r f o r m a n c er a d i ol a n ) 标准，美 国有i e e e 8 0 2 1 1 系列标准，厉者对无线局域网的媒体访问控伟l j ( m a c ，m e d i a a c c e s s c o n l r 0 1 ) 层干物理( p h y s i c a l ) 层进行了规定。1 e e e 8 0 2 1l b 标准规定了2 4 g h zi s m ( 1 n d u s t r i a l ，s c i e n t i f i c a n dm e d i c a l ) 颁段，i e e e 8 0 21l a 标准i j ij 指定r5 g h zu - n i l ( u n l i c e n s e dn a t i o n a li n f o r m a t i o n l n f ia s i r u c i u r e ) 颜段。 与2 4 g h z 频段的无线局域网相比，5 g h z 无线局域网具有容赶更人、数据速率更高 频段内干扰更低等突出优点。 。 i e e e 8 0 21 1a 物理层规定采j ；j 正交频分复j 4 ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ， o f d m ) 系统，对 ：作频段、数据速率平调制方式等作了如下规定： 工作频段：5 15 g h z - 5 2 5 g h z ，5 2 5 g h z 一5 3 5 g h z 和5 7 2 5 g h z - 5 8 2 5 g h z ； 调制方式：b p s k ( b i n a r yp h a s es h i rk e y i n g ，二进制相移键控) ，q p s k ( q u a d r a t u r e p h a s e s h i f tk e y i n g ，正交相移键控) ，1 6 一q a m ( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ，正交幅度 凋制) ，或6 4 q a m ； 数据编码率：1 2 ，2 3 和3 4 ：可实现的数据速率：6 、9 、1 2 、1 8 、2 4 、3 6 、4 8 和5 4m b s ； 信道间隔：2 0 m h z 。 图1 1 是j l 种不同调制方式的示意图。调制方式利数据编码率抉定了数据速率，表】1 所示。 表】1 调制方式剃数据编码率决定数据速率 c o d i n gr _ k l m o f d m触r 0 f d m t m h i 幽 ( n n f 酬i n c 舯s ，师n 帅e l 0 p s k o p s k 1 “o a m 1 6 0 m “o m 蚪u a m 第6 页共8 2 负 塑：! 堡兰! ：! ! 竺竺! 竺旦! ! 苎! 鱼! ! 型! ! 型! ! 壁主些叁堡塑塑! ：竖! 茎塑堂 时8 。+k ：l 二一j l l ：；， 删 ：叶 蚰； * o o 1 0 _ = f 1 1 1 一 “ ? 1 0 。 l 曲i i 】吣j 0 i 0 1 l i lm i ” _ - e 辩u ju i “il i r i f b ml n 蚺 p。垆 ) r i 。j f ”0 0 ti t 辩0 1 1l 锄0 j 0 1 0 0t i 0 儿牡 】1 1 1 # 0j “l j 棚】氍# l ( 即 0 0 01 0 10 0 il 0 】0 i 】1 0 0 1 0 0 ij l oi u l 】1 0 【 1 0 1i o l 1 0 ：、1 0 l 懂m t l 】 慢，t ；0 i 】l j0 1 1 l m 】l l】1 1 i 】i c i i 11 嘶3 l 】 ( i x ：i 0 * ，j 1 00 l 1 1 00 1 1r 1 1 jj 1 0i n 】1 01 0 1 j 01 h ：1 0 一 一， 一l 。 1 1 0 棚j0 1 00 l l0 m0 1 0 0 1 0 t i o0 1 0i i 】0 l o1 0 l0 】0j u r l 0 i u 。r n o l i 蜘j 州】0 l l0 1 10 1 0 0 1 11 1 0 0 1 1l l 】0 l li o l0 l jj n 0 0 【j j 0 l疆“i0 t io t t l日阳1i 阳】i 】i 1l 翻0 0 ii 诅j 慢”0 0 0供 l0 ( 目0 6 t 1 0m u0 0 01 1 0 世m1 】l k m1 0 i 彻nn 抑j 幽11b p s k ，q p s k ，1 6 - q a m ，6 4 一q a m 调制方式示意i 墨| 鼐7 虹共8 2 负 蝗羔笙兰 ! ：! ! ! ! 曼翌2 i 点兰! 竺璧! ! 叠婪坚壁主鳖查登塑i ! ! ：! ! 三! 燮 1 3 本论文的主要工作 本论文的主要任务烛基丁i e e e 8 0 2 1 l a 标准研究井设计娟丁5 g h z 无线局域网射频接收 枫中鲍低噪声救大器( l n a ，l 站wn o i s ea m p l i t i e r ) t lf 变颁爨( d o w nc o n v e r t e r ) 。 沦文按照如f 结翰缵绞： 第一章首九分析躺频接收机的a ；嗣绡构芹】i 衡龄接收机性能的基本参数，在此基础上，提 出接收帆翦斌摸块中低躲声教人器枣 f 蹙频器的设计骚求。第二蕈奔缨襞戒电路的 ：艺絮 道，l 艺选择利设计流拣。第四章讲述低礤声放火器弁勺设计，重点分轿输入阻抗匹配、噪声 系数及其优化。第五章讲述f 变频器的设计，根据噪声的来源和分析提出台理的结构，并进 行接拟囊| 饶诧。纂 章讲述电路豹测弦，分耩测试缀袋。 参考文献 【 ，i ji e e es t d8 0 2 。1i 9 9 9 ( s u p p l e m e m 。i e e es t d8 0 2 11 - t 9 9 9 ) ，t h e i n s t i t u t eo f e l e c t r i c a l a n d e l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，i n e 3p a r ka v e n u e ，n e wy o r k ，n y1 0 0 1 6 5 9 9 7 ，u s a 1 2 】x il i ，“e v a l u a t i o no fr fc m o si ct e c h n o l o g yf o rw i r e l e s sl a na p p l i c a t i o n s ”，u n i v e r s i t y o ff l o r i d a ，2 0 0 2 【i 、3 】k e n tkj o h n s o n ，“r e s i d u a l b e rp r e d i c t i o n ”，a g i t e n t e c h n o l o g i e s ，j u n e 2 7 ，2 0 0 1 塑! ：兰塞 ! ：! ! 竺! ! 鳖受玉兰! 望! 羔! 型整塞妻簦叁登篓! 型：堡! ! 燮一 第2 章射频接收机及其前端模块 2 1 射频接收机 2 1 1 射频接收机缭构2 2 。3 剩灏r f ( r a d i of r 。q u e n c y ) 接收钒通翥有四聃结构：超外著绌4 1 , 3 ( s u p e rh e t m + o d y n e a r c h i l e e l u r e ) 、直接交撷结构( d i r e c t c o n v e r s i o naj v h i t e c t u r e ) 、宽中额交顿结构( w i d e b a n d i f ar c l l i t e c l u r e ) 、和低中蝴变频结构( l o w i fa r c h i t e c t u r e ) 。这四种结构稀有优点和缺点。接收 规的结构出系统指标决定，包括系统| 作灏率、接收机动态范嗣、功耗翔集成度笛。 f 蕊曩体讨论这醋种缩榴，并对比它# j 舫优缺点。 2 1 i 1 超外差结构 最攀，移动手枕麓瓣巍接收辊都袋弼超辨差舞褥( 鞫2 1 ) 。天线接收翻髂辩舞话号善先 通过带通滤波器( b a n d p a s sf i l t e r , b p f ) 将频段以外的信号滤除。低嵘声放大器( l o wn o i s e a m p 缁e hl n a ) 将接收刘的微弱信号我引入较低噪声蛹祭鹌二下进行放大。输出信号邋过镜颁 壬荦副滤波器f l m a g e r e j e c tf i l t e r ；l r f ) 滤除镜鞭干撬成分。霭额器谴避奉振信号( l o c a l o s c 川a t o i ) 将射颁信号变换刮高中频信号1 f ( i n t e r m e d i a t ef r e q u e n c y ) ，输出经中频滤波器、自 动增靛控制放_ 夫器a g c ( a u t o m a t i cg a i nc o n t r o l l e r ) 进入船n j 撂( d e m o d u l a o r ) ，变换到基带 ( b a s e b a n d ) 信号。 母船 v 戮a l r i l t e e _ f i l t e r - 昏峨 d s p 曲册 蚓2 趣外筹结构接收机挺翅 这种结构中频越商，镜频干扰与射频信号频率相隔越远( r 诉f 卜2 一- ) ，镜频干扰越容 碳j ：论文 o1 8 r a m c m o s 工岂5 g h z w l a n 低噪声蔽夫嚣张l o w i f 下受鞭器 易破挪铡，如龇五但提赢中删荆扎中频滤波黝q 直篆心鼬提离瑚常 高0 值的滤波器雄阱实现。冈此选择合适的中频频率 常重要。 沓m l 目* 非 图2 2 中频频率高低对镜频抑制的影响 这种缝掏中在各个奄路模块之闻袋捌了片磬# 滚嚣，及对、有效童奄滤除了千撬落号萃睦噪 声提离了选灏性删系统灵敏度。但系统集成度很低，成本离，对予高频接收机，黼0 值 的滤波器难以实现，j 。滤波器相连的屯路需要5 0 欧姆的阻抗匹配，搬离了i 电路的输出驱动 要求和功耗。嗣此该翁黝不适崩于高袋成痊露系统。 2 1 1 2 点接变频结构 鸯援交摄系褥( 窝2 3 ，中，糕噪声敬太器竣壅秘瓣簇信号较毒羧变换到基带，经藏鞠壤 益控制放犬器后再通过低通滤波器将干扰信号滤除。 囟移- 昏。 d s p 一，- _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一_ _ _ _ _ _ h - 一 楚2 _ 3 轰缓交额结秘菝投橇搓鹜 与趟外著结构相比，盥棱变颜绡构有诸多优点。由r 射频信号商接变频到基带，中频电 路效省去了。没有了镜羰于貔，不爵霰癸黄努豹镜频撵捌滤波器，系统戆集成度提毫了。魏 外，低噪声放火器不需硬驱动5 0 欧姆负载，不需臻输出匹配，而i 降低了电路的功耗。 但商接变频带来了”l c , 口- i j 问题： 骜1 0 甄共甚2 孤 形! j 论文 o1 8 r a mc m o sq - 艺5 g h zw l a n 低噪声放人器干nl o w - i f 下变频鞴 直流偏移( d c o f f s e o 由丁采_ l j 了零中频结构，信号 f 漏产生的自溉频会直接干扰 基带信号，如幽2 4 。 i 型2 4 信号泄漏导致信号自混频 1 1 本振泄漏( l ol e a k a g e )由丁本振信号和射频信号同频段，本振信号泄漏到天线 端会干扰其它使用同一频段的接收机。但如果本振信号是差分的，则泄漏到天线端 会相互抵消。 l i i 正交失配( u qm i s m a t c h ) 混频器端的正交本振信号，其相位平幅度的失配会严重 影响基带信号的数据判决，从而增加系统误码率，高频时影响更为严重。 此外，低频闪烁噪声n f n o i s e ) 也会破坏有j = | j 的基带信号。 2 1 1 3 宽中频结构 图2 5 所示的宽中频结构通过两次正交变频在输出端进行信号叠加或相减抵消镜频。与 超外差结构相比，省去了片外滤波器，提高了系统集成度。在直接变频结构中，频综的本振 为射频频率，而宽中频结构中，频综的本振为中频频率，根据相位噪声的公式，降低频率可 以降低相位噪声。此外自混频产生的直流分量也不会干扰高中频信号。 但中频频率高会使信号中的干扰成分增加，提高了后续电路的设计难度。并且每次变频 都会产生j l ：交火配。 硕 论文 e1 8 n l mc m o s 艺5 g h z w l & n 骶噪声敲太嚣嚣 l o w - i f 下变颤撩 图2 5 窕中颧结誊鼋接收撬框鬻 j 交变霸抵消镜糊的基率原理如划2 , 6 所示，如聚射频频率高于本振频率，则两次变频 焉籀由臻号叠招可 辔囊镜颟，反之鞴囊信号相减掭髑镜簇。 b c a ji 、托8 l 二b 2 1 ，1 4 低中频结构 ) + f 咭生 图2 6 正交变额抑制镜颓干扰的原理圈 低中频结构与宽中频一样采瑚两次正交变频的方式来抑制镜频干扰，所不同的鼹降低了 e 雍 9 蛰 姆 一 日 日 母 日p 奄 一 瓣 一 瑕 论文0 。 8 鞫c m o s t 笔5 g h z w l a n 低噪声建夫鞯韩l o w q f 下窭颠嚣 毽2 ? 繇卡攘结擒接收辍捱豳 这种结构与直接变频相比，高频本振泄漏产生的商流偏够不会干扰有用的低中蝴信号。 与宽中颇螓橱韬毙，德孛频额东籀像礤声更蕺模数转挨嚣( a n a i o gd i g i t a le 。n 垤玳e & a d c ) 可以谯薜= 次变频之前，在数字模块实现镜颓抑制，可以大大降低证交失配。僵镜颥榔待0 之 前采州的模数转换器蕊求较高的糟皮。 考臻箍系统集裁藏、蓬免直流镐穆巍有效麓捧鞭子撬，我稻蛰荣搦低中颓绪掏，并基于 该结构设计5 g h z 的低噪声放人器年f 变频器。 2 1 + 2 搂浚撬瓣瞧戆参数黜l 编成接收机的电路模块及其功能和揩标由接收机的性能指桥确定。隙必须考虑功耗以 蚤，接收爱瓣疫( s e n s i t i v 晦和动态范举f d y n a m i c r a n g e ) 是筵釜接收辊健能斡主要橱振。 2 1 2 1 凝敏度 射灏接收撬翁灵麟瘦定交为辩濑输出这爨蹬鼹信嵘比s ；g 拜a n o i s er a t o , s n r ) s 9 接羧 棍可检测翱功率。为了褴尊接牧端荧辙度鼾f 解调输出端躐小信噪比煎式系，我宵辩g 就接收梳 噪声系数( n o i s ef i g u r e n f ) 公式入手。 接般规臻声系数定义为赣a 信暌院瓣输塑巷礤拢瓣跑篷，公式2 t 。 n f = 器= 甏 b ， s n r 。s n r ”? 。 其中最 为接收祝的潦a 功率，只# 为信号源趣礤声功率，丽戴输a 凌睾可敬裁示为 只，= 只，4 _ f4 s n r 。 ( 2 2 ) 嚣1 3 炙薮8 2 搬 墨三笙兰翌兰塑! 箜王茎! 至坚! 蔓坠黧壁鉴兰鍪查登窭! 型! ! 鐾塑登 根据灵敏度的定义，我# 可以计辣接收机所能检测的最低信号功率，州d b m 表示为 只；。= 匕+ 孵+ s n r o , 。，。辖。3 常潞”17 信号源噪声功率义可表示为式( 2 4 ) ，将它代入式( 2 j 3 ) 可衡灵敏度的运表达式 ( 2 5 ) ，其中b 代表接收机的带宽。 磊= 一1 7 4 d b m 旋+ 1 0 1 0 9 b f 2 4 ， m 一17 4 d b m h z + 1 0 l o g b + n f + s n r 。 ( 2 5 ) 式2 t 5 孛妻搴兹三项义稼为系统麓爨甄臻声斟。i s ef l o o r ) 。轶这个公式司箱，要获臻鞍高 自g 灵敏皮，就要降低接收机的蝶卢系数。 2 1 ，2 2 动态范围 动态范丽通常定义为接收桃正常r 作时所能承受麓最夫信号强鹰和所能检测的精低信 号强度的比值。 经射频接收掘中，最骶信号滢爱蔽癍了灵敏褒，遐已经盔主一苇中避论过了；滠大信号 强度则殷映了线性度( l l n e a r i 母) 。通常有两种性能指标衡鼙线性度。 l 增髓压缩f p 。) 当缓收机输入信号在某范阉交化时，输出信号的幅度与输入信号的幅度璺线性关 系，即增豁保持恒定。但这种线性关系会随着输入信号的不断增加被破坏，l d b 增黼朦缩点 ( p - m ) 楚掇实际输出与瑷想粒线性埝出相比衰减l d b 时豹输入功率，姆鞠2 8 所示。 o u t p u t p o w e ：p p l d b 缝2 , 8l d b 增懿压绞 颤 j 论史01 8 r a m c m o s 下艺5 g h z w l a n 低臻声援人群和l o w - i f 下蹙颓鞯 2 1 2 3 三阶互调( i p 3 ) = 除笪潺蓬铤鼙线性疫静另一个捂稼。输天臻麓信号鞠干挠桎电迤嚣线经豹佟穗f 出 ， 现惜波分龄，在著分电路中主要是谢次谐波，这种奇攻谐波会惯输入的两个 1 5 道干扰 。，蛾) 产生二盼互溯分蹙( 2 c o 。一d ，2 魄一赴毛) ，当干扰搴唷j j 信号处在同一频段，将会 严重艘环有瑚信号，知翻2 9 。 图2 9 三阶互凋破坏了有用信号 t h j r d r d e r 孙t e r m o d u la t j o n d e s i r e d c h a n n e l a d j a c e n t c h a n n e l 在输入信号眈较微弱时，三阶互调干扰主要由三次谐波产生，醚着输久信号的不断提 高，离次谐波的影响也会越来越严重。通常三阶截点( i p 3 ) 仅指三次谐波所产生的兰阶互调， 图2 1 0 为有用信号与三盼互调于扰的蠛攫响鹰曲线示意圈。 o u t p u l p 3 i n p u tp o w e r 图2 1 0 有用信号与三阶互调干扰的功率( d b m ) t l 向应曲线 翻孛秘实线为信号的实际响鹰。在小信号李鑫a 条纷+ f ，商翊绩号与三浚交调功率帮醚羧 入信号的功率线性增陵。随着输入信号不断提高，有j j 信号出现增菔压缩，而高次失真也会 臻l5 斑共8 2 联 庞盆 i-t，；，l 陬 h p 颧 ：论文 o ，g r a m c m o s 艺5 g h z w e a n 低噪声陂夫器释l o w - w 下受冁鞴 产生三阶卫：调。二阶截点实际上是小信号输入条什i - f l q 有用信号与三阶互调沿问定斜率延伸 鞠交点，嚣就三蹬交灞截煮在勰露上楚不存在弱，霾它霹毯疆封麴餐蘩电路懿笺瞧密。通豢 接收机的线性度朋输入三阶戳点( 1 i p 3 ) 榭颦，而发射机的线性度 = j 输出= 阶截点( 6 i p 3 ) 衡量。 线性度的_ 珥种衡越指标决定了动态范闱的两种衡燧方式，如幽2 11 所示。 o l i l m l r o w 州 n o i s e 科r 幽2 。t 1 接收桃动态范闰 争b ￥托 nb d r ( b i o c k i n gd y n a m i cr a n g e ) 拮 接收机l d b 增益压缩输a 功率和接收机灵敏度的 比值，朋d b m 表示为 b d r = i 醯一只。 ( 2 ，6 ) 2 1 s f d r ( s p u r i o u s f r e ed y n a m i cr a n g e ) 指接收机三阶互调输出功率利接收机蠼低噪 声功率相同时豹糖入功率与拔收机灵敏度的魄值，j ；jd b m 裁示为 s f d r ：2 p , , j , s - n _ o i s e f l o o r 一只? m ，。 ( 27 ) 一一一p ，f 2 1 n o i s e f l o o r = 1 7 4 d b m h z + 舆f t o l o g b 陀皇) 肮动态范嗣的两个公式米看，耍提高接收机的动态范同，就要提高接收机的线性度，降 低接收机的嵘卢系数。 在本文弁奇概述中，我们提到了系统的不同调制方式，包括b p s k ，q p s k ，1 6 q a m 和 6 4 一q a m 。从表2l 可以精出，从q p s k 到1 6 - q a m 刨6 4 - q a m ，数据逋率提高的同时，止 交电平麴幅度翟次也袋倍增胡，这意臻蓑系统动态范鬻熬銎求提离了；捌憩妥实理酸大数据 速率，采婀6 4 q a m 调制方式，接收桃需要有根低的噪声系数和徽离的线性度。 硬 t 论文0 1 8 r a m c m o sl ：岂5 g h z w l a n 诋噪声艘太器和l o w i f 下变颠舔 表2 m o d u l a t i o n q p s k 6 0 a m醐一0 a m s i g n a ll e v e l s ( 1 & o ) 士l士1 3 ， 1 ，3 ，5 ，7 m a x m j l lp o w e r 】9 l 4 9 1 d y n a m i cp o w e f f d b ) 09 51 7 s n r b e r = ie 一6 13 5 d b2 0 4 d b 2 6 5 d b 2 2 低噪声放大器和下变频器的基本要求1 2 。4 。2 省t 低嵘声放大器和f 嶷频嚣是射颖接收桃最前端的两个模块，如图2 1 2 所示。蕻中低噪 声放人器的主要功能是将天线接收到的微弱信号进行放火，从而有效的抑制后续电路的噪 声，蠢身只引入较攮的暌声。卜变频爨簿救夫器赣出静傧号与本摄信号混频产生低中攒信号。 图21 2 射频接收机的前端模块：低嵘声放大器和f 变频器 要了髌低噪声放大器靼变颇爨韵基零要求，可以遂过分辑型2 ，1 3 所示豹级连模块亲 了解它 f j 对整个接收枫指标的影响。 到2 1 3 级联楼块 该级联模块与各级电路之间的嵘声系数雨l 三阶输入戳点的关系为： 坝j j 论史 0 s m m c m o s t 艺5 g i i z w l a n 低噪声放人器和l o w i f 下变频器 f ：n f , + n f , - _ 1 + 竺土 a 4 h a2 肿3 ：l 上+ l + 盥丛| l l p 3 1 皿_ p 3 ，儿p 3 ， ( 29 ) ( 2 1 0 ) 从这两个公式不难得出： a )要降低模块的噪声系数，主要是降低前级电路的噪卢系数： b 】为了降低后续电路的噪声对整个模块的噪卢影响，前级模块需要提供适当的增箍 c )要提高模块的线性度，除了提高异级电路的线性度之外各级的增豁不能太高。 根据以上的分析，作为搂收机模块撮前端的两个电路，殴计低噪声放人器和下变频器有 如f 要求： i 低噪声，f 不高于6 d b ： 1 i 高线性度，p 3 达到一1 5 d b m ； 1 1 i 适当的增益，g a i n 人约2 5 d b ； i v由于低噪声放大器的输入端与滤波器相连，要求实现5 0 欧姆的输入阻抗匹配； v 低功耗，静态电流低于3 0 m a 。 醭j ：论史0 1 8 m m c m o s 下芝5 g h z w l a n 锯噤声馥a 器鞫l o w - i f 下盘颤鞘 参考文献 f 2l 】s h a h r i a i m i m b b a s ia n dk e nm a r t i n ，u n i v e r s i l yo f t o r o n t o ，“c l a s s i c a la n dm o d e m r e c e i v e ra i c h i t e e t u r e s ”i e e ec o m m u n i c a l i o n sm a g a z i n e n o v e m b e r2 0 0 0 【2 2 b e h z a dr a z a v i ，“r fm i c r o e l e c t r o n i c s ”，1 9 9 8p r e n t i c eh a l lp t r f 2 3 】h d a r a b i ，a a b i d i ，“a45 r o w9 0 0 m h zc m o sr e c e i v e rf o rw i r e l e s sp a g i n g 。i e e e j o u r n a lo fs o l i d s t a t ec i r c u i l s ，v 0 1 3 5 ，p p10 8 5 10 9 6 ，a u g 2 0 0 0 2 4 】s w u ，b 。r a z a v i ，“a9 0 0 一m h z i 8 - g h zc m o sr e c e i v e rf o rd u a l b a n da p p l i c a t i o n s ” i e e e j o u r n a l & s o l i d s t a r ec i r c u i t s ，v o l3 3 ，p p 。2 1 7 8 - 2 1 8 5 ，d e c 1 9 9 8 ， 2 5 】t l i u ，e w e s t e r w i c k ，“5 - g h zc m o sr a d i ot r a n s c e i v e rf r o n t e n dc h i p s e f i e e e j o u r n a lo fs o l i d s t a l ec i r c u i t s ，v o l3 5 ，p p i9 2 7 19 3 3 ，d e c2 0 0 0 f 2 6 】q i u f i n gh u a n g ，p a o l oo r s a t t i ，a n df r a n c e s c o