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针对移动数字电视的快速发展和广阔应用前景,本文设计了一款符合中国移动多媒体广播(CMMB)标准的CMOS射频前端芯片。该芯片采用直接下变频(零中频)结构,由低噪声放大器、直接下变频有源混频器、∑-△小数分频锁相环、Gm-C低通滤波器和可编程增益放大器构成。论文根据CMMB标准对射频前端的系统性能作了规划,并以这个性能为目标,对各电路模块作了详细分析和精心设计。该芯片采用TSMC0.25um IP5M RFCMOS工艺实现,芯片面积大小为2850um×2650um。本论文的主要工作和创新点有:
1)完成了CMMB接收机射频前端芯片架构的选取和电路的设计、仿真、版图及流片测试。
2)针对CMMB宽带应用,在压控振荡器的LC谐振网络中引入开关变容管阵列。论文详细分析了传统开关电容阵列宽带压控振荡器中调谐增益的变化及其对锁相环性能的影响,在此基础上提出了同时采用开关变容管和开关电容阵列的宽带LC压控振荡器结构,使LC压控振荡器在实现宽频带覆盖的同时,能保持较小和稳定的调谐增益。文中还给出了在保持相邻子频带间距和调谐增益不变时开关电容和开关变容管选取的数学表达式。
3)可编程增益放大器同时采用开关负载电阻和开关反馈电阻来实现增益的变化,开关负载电阻用来实现小步进增益变化,开关反馈电阻用来实现大步进增益变化。新的开关负载电阻算法大大简化了开关电阻的设计,同时使VGA在电阻精度范围内能实现任意小的增益步进。
4)论文改进了传统的电流注入混频器结构,详细分析了这种结构的优点和存在的缺陷,并同时采用电流复用注入技术和共源端谐振电感来加以克服。电流复用注入技术提高了输入级的跨导,减小了由直接开关机理产生的闪烁噪声;共源端谐振电感消除了寄生电容,使射频信号泄漏和由间接开关机理产生的闪烁噪声减小,因此这种结构能同时实现高增益和低噪声。