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系統識別號 U0026-0812200913364012
論文名稱(中文) 應用於超寬頻射頻接收機之射頻晶片之研製
論文名稱(英文) Research on CMOS RFICs for UWB RF Receiver
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 95
學期 1
出版年 96
研究生(中文) 陳厚樺
研究生(英文) Hou-Hua Chen
學號 v3693109
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 95頁
口試委員 口試委員-盧春林
指導教授-莊惠如
口試委員-黃尊禧
口試委員-陳居毓
中文關鍵字 壓控振盪器  混波器  接收機  低雜訊放大器  射頻  超寬頻 
英文關鍵字 UWB  RF  LNA  mixer  Noise-canceling  Colpitts  vco 
學科別分類
中文摘要 本論文以TSMC 0.18-μm 1P6M CMOS製程,設計研究應用於UWB之射頻晶片,包含3.1-10.6-GHz寬頻低雜訊放大器、3-5-GHz電荷注入式CMOS混波器,以及4-GHz切換頻帶差動式柯畢茲壓控振盪器。
3.1-10.6-GHz低雜訊放大器是採用共閘極輸入電路當作第一級以利於寬頻的操作,再採用雜訊抑制的方法,來降低因為熱雜訊所造成的影響,量測結果增益為8.2-13.1 dB、雜訊指數為4.5-7.7 dB,輸入及輸出返回損耗都在10 dB以上,input P1dB為-13.4- -5.4 dBm。3-5 GHz CMOS混波器,相較於傳統的吉伯特混波器,增加了電流注入的方式,不但減低了流經開關級電流,減低了雜訊的影響,同時也避免因為電壓操作空間的不足,所造成的線性度下降。量測結果轉換增益5.2-8.7 dB、input P1dB介於-13.3- -7 dBm、IIP3介於-19.68— -16.45 dBm、LO-RF isolation大於20 dB。
使用切換頻帶差動式柯畢茲壓控振盪器,主要是著眼於採用柯畢茲架構的壓控振盪器有著較好的能量轉移效率,以及相位雜訊表現。經量測的結果,全部的頻率可調範圍介於3.31-4.17 GHz,輸出功率大於 -6 dBm,相位雜訊介於-114— -121.9 dBc/Hz@1MHz offset,同時為了涵蓋在低頻帶DS-UWB以及MB-OFDM上的應用,增加了3.31-3.64 GHz 及3.64-4.17 GHz之切換頻帶的選擇。晶片之動作原理與設計考量,以及發生之問題,均有完整之討論。
英文摘要 This thesis presents the research of CMOS RFICs for UWB receiver. Including 3.1-10.6-GHz LNA,3-5-GHz charge-injection mixer and 4-GHz differential band-switch Colpitts oscillator.
An ultra-wideband noise-canceling low-noise amplifier is presented. By using common gate technology as first stage, it’s benefit to broadband operation. The LNA’s measurement result:gain between 8.2-13.1 dB,NF between 4.5 - 7.7 dB,Return loss >10 dB and input P1dB between -13.4 - -5.4 dBm.
Comparing to traditional Gilbert-cell mixer, charge-injection technology can reduce the current flow into the switch stage. Thus the mixer’s NF and linearity could be improved. This mixer’s measurement result: conversion gain 5.2 - 8.7dB, input P1dB -13.3 - -7 dB, IIP3 -13.3 - -6 dBm, Isolation >20 dB.
Differential Colpitts band-switch topology has better energy transform efficiency and phase noise. Frequency tuning rage between 3.31 - 4.17 GHz, Output Power >-6 dBm,phase noise between -114 - -121.9dBc/Hz @1MHz offset.
Operation principle, design consideration and measurement result are discussed in this thesis.
論文目次 第一章 序論 1
1.1 UWB研究背景及動機 1
1.2 無線短距離標準制定組織 2
1.3 UWB定義與頻譜 4
1.4 UWB基本原理及調變機制 5
1.5 UWB的技術特性 7
1.6 超寬頻系統頻帶配置圖 8
1.7 超寬頻技術鏈路運算 11
1.8 論文架構 14

第二章 使用雜訊抑制技巧之3.1-10.6-GHz寬頻低雜訊放大器.. 15
2.1 研究動機 15
2.2 架構簡介 18
2.3 工作原理 19
2.4 設計流程 22
2.5 模擬與量測結果比較 26
2.6 結果與討論 28

第三章 3-5-GHz 電荷注入式CMOS 混波器 29
3.1 研究動機 29
3.2 工作原理 31
3.2.1 混波器的實現方式 32
3.3 CMOS電荷注入式混波器架構簡介 34
3.4 模擬與量測結果比較 40
3.5 結果與討論 45

第四章 4-GHz切換頻帶差動式柯畢茲壓控振盪器 47
4.1 研究動機 47
4.2 振盪原理 48
4.3 柯畢茲壓控振盪器介紹 54
4.4 壓控振盪器參數介紹 60
4.5 壓控振盪器設計考量 62
4.6 模擬與量測結果比較 69
4.7 結果與討論 72

第五章 結論 73

參考文獻 75

附錄A 混波器簡介 79
A.1 單平衡混波器 79
A.2 雙平衡混波器 80
A.3 混波器設計相關考量 82

附錄B 相位雜訊分析 89
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2009-02-14起公開。
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