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全球数字广播系统(Digital Radio Mondiale,DRM)是目前全世界范围内唯一的能应用于所有调幅(AM)和甚高频(VHF)频段的开放数字广播系统。该系统提供的服务可在移动中实现覆盖包括农村以及本地市场在内的广阔的地理范围。同时,与传统的模拟广播相比,DRM系统的优势在于可以给听众更多的选择、提供极好的音频质量、大量的多媒体应用服务以及功耗和成本的降低。DRM能与其他数字系统进行无缝对接并已经在多个国家试验成功。因此,研究DRM接收机对我国实现数字广播大范围覆盖具有重大意义。
本文研究和设计了应用于DRM系统接收机射频前端的低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)和混频器(Mixer)电路。低噪声放大器采用了巴伦-低噪声放大器(Balun-LNA)的结构,Balun-LNA主要由共栅极(Common Gate,CG)晶体管和共源级(Common Source,CS)晶体管组成,共栅极晶体管的噪声和非线性在理论上可以完全抵消,电路的噪声和非线性由共源级晶体管和负载决定。与传统的单端输出LNA相比,Balun-LNA不需要附加的巴伦,降低了系统的复杂性和功耗。无电感的电路结构还节省了芯片面积和成本。本文分析和讨论了传统吉尔伯特(Gilbert)单元混频器电压空间不够、线性度和增益难以提高等问题,提出基于差分多栅晶体管(Differential Multiple Gate Transistors,DMGTR)的高线性度跨导与开关对折叠(Folded)相结合的混频器结构,改善了混频器的线性度并获得了较高的转换增益。
本文使用SMIC0.18μmCMOS工艺,在Cadence软件环境下对LNA和Mixer进行了电路仿真和版图设计。版图经过了寄生参数提取和后仿真,最终结果表明:本课题的LNA在2MHz到1GHz的频带内,噪声系数最低为3.589dB,S11小于-12dB,S21可以达到12.82dB。输入1dB压缩点在240MHz可以达到-7.5dBm,并且随着频带升高而增大;Mixer在35MHz的中频频率上,转换增益达到10.6dB,噪声系数小于15.57dB,三阶截点可以达到11.8dBm。上述低噪声放大器和混频器的后仿真结果基本可以满足设计指标的要求。