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自2002年4月美国联邦通信委员会(U.S.Federal Communications Commission,FCC)正式解除超宽带(UWB)技术在民用领域的使用限制后,超宽带通信技术得到了持续的研究,直到目前仍然是学术界研究的热点和产业界关注的新技术。但是为了能使超宽带技术能够成功进入民用领域,成本和功耗等是急需解决的问题,而这其中首当其冲的,就是射频前端的集成设计,在CMOS工艺下设计超宽带射频前端集成电路,是一个很具挑战性的工作。
本文论述了IR-UWB和MB-OFDM UWB两种不同结构的UWB接收系统射频前端集成,主要涉及超宽带低噪声放大器(UWB LNA)、超宽带混频器(UWB Mixer)、频率综合器(Synthesis)的设计及优化。利用SMIC的0.18 μ m RF CMOS工艺设计了可供这两种不同结构的UWB接收系统共用的低噪声放大器,用于MB-OFDM UWB接收系统的超宽带混频器和频率综合器中的选频混频部分[根据MB-OFDM UWB的技术标准,其由时序控制的多路复用器(multiplexer,MUX)、相位选择器、单边带混频器、选频放大器等组成],其中超宽带混频器输入端被设计成新颖的有源balun,开关对采用了电流注入技术提高开关性能。低噪声放大器的后仿结果表明:在3.1 GHz-10.6 GHz带内,增益大约19dB:S11小于-15.74dB,反向隔离度S12小于-75.87dB。噪声系数小于5.7dB,功耗小于28mW。超宽带混频器消耗功率为2.8mW,其后仿结果为:增益大约为15.5dB~14dB,噪声系数小于12.6dB,三阶交调点小于0.8dBm。频率综合器后仿输出的LO信号幅度大于680mV,杂散抑制大于27dB,子频带与子频带之间的切换时间小于4ns。结果完全符合相应的UWB系统标准。