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CMMB调谐器的CMOS射频前端设计

作　者: 周春媛
导　师: 闵昊
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: CMOS 中国移动多媒体广播 低噪声放大器 混频器 可编程增益放大器 噪声系数 线性度 自动增益控制
分类号: TN943
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


由于无线接收便利、电视内容丰富,数字多媒体广播已经在世界上多个地区得到了广泛的关注。中国移动多媒体广播(China Mobile Multimedia Broadcasting, CMMB),作为中国地区数字多媒体广播标准,于2006年由国家广播电影电视总局正式推出。单芯片全集成的CMMB调谐器成本低廉,是接收CMMB信号的最佳选择。本文所讨论的接收机射频前端即为CMMB调谐器单芯片解决方案的一个重要部分。文中首先对多种流行的接收机架构进行了介绍和比较,并选择了零中频接收机架构作为解决方案。本文详细论述了该接收机的系统要求,并根据特定的通信协议要求,计算了整个系统及其中每个模块的噪声和线性度等要求。在接收机射频前端,低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)和混频器是两个最重要的模块。本文详细研究了低噪声放大器设计要点如输入阻抗匹配和噪声优化等问题。为了与其他类似的标准相兼容,如欧洲的DVB-H,韩国T-DMB,甚至包括FM无线电,本接收机采用三个并联的低噪声放大器以分别覆盖三个不同的频带。这三个频带分别为80～245MHz,470～860MHz,1.452～1.492GHz。每个低噪声放大器拥有两种增益模式以权衡噪声与线性度指标。为了能够接收大动态范围的输入信号,实现高灵敏度的系统要求,三级射频可编程增益放大器(Radio Frequency Programmable Gain Amplifier, RFPGA)插入在低噪声放大器和混频器之间。由于低噪声放大器的输出是单端信号,而片上差分信号有着更为优异的性能,所以第一级RFPGA实现了有源平衡-不平衡(BALanced to Unbalanced, balun)变换器的功能。第二级RFPGA采用了多栅晶体管结构(Multiple Gated Transistor, MGTR)结构以提高线性度。第三级RFPGA增加了增益步长调节精度。本文还讨论了混频器的闪烁噪声和线性度问题,最终选择了一种无源结构的混频器并对其做了详细分析、设计,同时给出了仿真结果。为了使LNA和RFPGA的增益动态可调,该接收机引入了射频接收信号能量检测器(Radio Frequency Received Signal Strength Indicator, RFRSSI)电路以及增益控制环路以稳定混频器的输入点信号能量。以上模块均在台湾联电(UMC)0.18μm射频工艺下设计并制造,采用QFN40封装。本文给出了相关的仿真和验证结果。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
Chapter Ⅰ: Introduction  7-17
  1.1 Digital Multimedia Broadcasting Systems  7-10
  1.2 CMMB  10-12
    1.2.1 CMMB Standard  10-11
    1.2.2 CMMB Receiver  11-12
  1.3 Motivations  12-15
  1.4 Up-to-date Researches or Products  15-16
  1.5 Organizations  16-17
Chapter Ⅱ: System and Block Specifications  17-37
  2.1 Introduction to General Tuner or Receiver Architectures  17-24
    2.1.1 Early Development of Receivers  17-18
    2.1.2 General Considerations of Receivers  18-19
    2.1.3 Superheterodyne Architecture  19-20
    2.1.4 Homodyne Architecture  20-22
    2.1.5 Image-Reject Architecture  22-24
  2.2 Examination into CMMB Tuner Architecture  24-25
  2.3 System Specifications  25-31
    2.3.1 Linearity Considerations  25-28
    2.3.2 Noise Considerations  28-30
    2.3.3 Dynamic Range Considerations  30-31
  2.4 Specifications for Front-End Circuit Blocks  31-35
    2.4.1 Specifications for LNAs  31-33
    2.4.2 Specifications for RFPGA  33-35
    2.4.3 Specifications for Mixer  35
  2.5 Conclusions  35-37
Chapter Ⅲ: Analysis and Design of LNA  37-67
  3.1 Considerations of LNA Design  37
  3.2 General LNA Structures  37-44
    3.2.1 L-degenerated Structure  38-39
    3.2.2 Resistive-feedback Structure  39-41
    3.2.3 Common-Gate Input Structure  41-42
    3.2.4 Noise Cancellation Structure  42-44
  3.3 U-Band LNA Design and Optimization  44-53
    3.3.1 Structure Choice of U-Band LNA  44-45
    3.3.2 Analysis and Design of U-Band LNA  45-50
    3.3.3 Optimization of U-Band LNA  50-53
  3.4 L-Band LNA Design and Optimization  53-58
    3.4.1 Analysis and Design of L-Band LNA  53-57
    3.4.2 Optimization of L-Band LNA  57-58
  3.5 V&FM-Band LNA Design and Optimization  58-61
    3.5.1 Analysis and Design of V&FM -Band LNA  58-61
    3.5.2 Optimization of V&FM-Band LNA  61
  3.6 Layout and Simulation Results  61-65
  3.7 Conclusions  65-67
Chapter Ⅳ: Analysis and Design of RFPGA  67-76
  4.1 Considerations of RFPGA Design  67
  4.2 Design and Optimization of Stage 1: Active-Balun  67-70
  4.3 Design and Optimization of Stage 2: Differential Multiple Gated Amplifier  70-72
  4.4 Design and Optimization of Stage 3: Source Follower  72-73
  4.5 Simulation Results of RFPGA  73-75
  4.6 Conclusions  75-76
Chapter Ⅴ: Analysis and Design of Passive Mixer  76-83
  5.1 Considerations of Mixer Designing  76-78
  5.2 Analysis of Passive Mixer  78-80
    5.2.1 Noise Analysis of Passive Mixer  78-79
    5.2.2 Linearity Analysis of Passive Mixer  79-80
  5.3 Design and Optimization of Passive Mixer  80-82
    5.3.1 Design of Passive Mixer  80-81
    5.3.2 Optimization of Passive Mixer  81-82
  5.4 Simulation Results and Conclusions  82-83
Chapter Ⅵ: Analysis and Design of Front-End AGC Loop  83-90
  6.1 Structure of AGC Loop  83-84
  6.2 Design of RF RSSI  84-87
  6.3 Simulation of RF Front-End AGC Loop  87-89
  6.4 Conclusions  89-90
Chapter Ⅶ: Experimental Results and Conclusions  90-101
  7.1 Layout and Test Board  90-91
  7.2 Test Results  91-99
    7.2.1 Test Results of DC  91-92
    7.2.2 Test Results of U-band LNA  92-93
    7.2.3 Test Results of L-band LNA  93-94
    7.2.4 Test Results ofV&FM-band LNA  94-96
    7.2.5 Test Results of RFPGA  96-97
    7.2.6 Test Results of the Front-End  97-98
    7.2.7 Test Results of the RF AGC Loop  98-99
  7.3 Conclusions  99-101
References  101-105
Acknowledgements  105-106

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 电视 > 电视信号的传输
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