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符合WLAN 802.11a/b/g/n标准无线收发机中混频器的研究

作　者: 蒋颖丹
导　师: 赖宗声
学　校: 华东师范大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 高速无线局域网 混频器 转换增益 线性度 噪声系数
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着平板电脑、智能手机、电子书等手持式移动通信设备的日益普及,以及Internet应用程序和电子商务的快速发展,用户需要随时连接到高速无线网络。在无线局域网领域,新的技术和标准层出不穷,一方面,为了实现多种标准间相互兼容,灵活切换,多模多频WLAN终端不断发展；另一方面,WLAN信道情况愈加恶劣,对收发机射频级电路的设计提出了更为苛刻的性能指标要求。本文基于0.13μm CMOS工艺,设计了可支持IEEE 802.11a/b/g/n四种标准,应用在WLAN收发机的混频器电路,包括5-6GHz和2.4-2.5GHz两个频段的正交上、下混频器。本文取得的主要成果如下：(1)在对IEEE 802.11a/b/g/n无线局域网标准充分研究的基础上,分析了WLAN收发机的系统架构并对其中混频器模块的性能指标提出设计要求；(2)提出了一种正交有源下混频器结构(申请专利：互补折叠式射频正交CMOS下混频器,201010190546.X),可分别支持WLAN 802.11a和802.11b/g/n标准。该结构基于折叠形式的吉尔伯特结构,互补跨导级采用电流复用技术提高增益,开关级采用电流注入技术降低噪声,片上集成输入阻抗匹配网络,成功实现了线性度、增益、噪声性能之间的折衷；(3)研究了一种堆叠型正交吉尔伯特上混频器结构,可分别支持WLAN 802.11a和802.11b/g/n标准,重点分析了其中跨导管、电流注入管尺寸和直流偏置电流对上混频器增益、线性度性能的影响。片上集成输出阻抗匹配网络,方便与后级射频功率放大器或者射频测试仪器级联使用；(4)采用0.13μm RF CMOS工艺流片,对所设计的混频器芯片进行了功能和性能测试。2.4-2.5GHz正交下混频器转换增益约为4dB, IIP3达5dBm,噪声系数11.2dB; 2.4-2.5GHz正交上混频器转换增益大于3dB,OP1dB在4dBm左右,噪声系数13dB; 5-6GHz正交下混频器转换增益在5.5dB以上,ⅡP3达到11dBm,噪声系数12.8dB; 5-6GHz正交上混频器转换增益可以达到3dB, OP1dB约为2.5dBm,噪声系数17dB,满足802.11a/b/g/n收发机系统性能指标的要求。本论文研究受“核心电子器件、高端通用芯片以及基础软件产品”国家重大专项中《嵌入式多模、多频收发器关键IP核研究》项目(项目编号：2009ZX01034-002-002-001-02)资助。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 发展背景与研究现状  11-18
    1.1.1 无线局域网发展背景  11-12
    1.1.2 无线局域网主要标准介绍  12-15
    1.1.3 国内外研究现状  15-18
  1.2 本论文的研究意义及主要工作  18-19
  1.3 本论文的组织结构  19-20
第二章 无线收发机与混频器概述  20-33
  2.1 无线收发机  20-26
    2.1.1 典型无线收发机结构与比较  20-22
    2.1.2 符合WLAN 802.11a/b/g/n标准的无线收发机结构  22-26
  2.2 混频器理论基础  26
  2.3 混频器主要技术指标  26-29
    2.3.1 转换增益  26-27
    2.3.2 噪声系数  27
    2.3.3 线性度  27-28
    2.3.4 端口隔离度  28-29
  2.4 混频器种类与分析  29-32
  2.5 小结  32-33
第三章 WLAN 802.11a/b/g/n收发机混频器电路设计  33-56
  3.1 IEEE 802.11a标准对混频器性能的要求  33-36
  3.2 IEEE 802.11b/g/n标准对混频器性能的要求  36-39
  3.3 WLAN 802.11a/b/g/n接收机下混频器电路设计  39-50
    3.3.1 5-6GHz下混频器电路设计  39-49
    3.3.2 2.4-2.5GHz下混频器电路设计  49-50
  3.4 WLAN 802.11a/b/g/n发射机上混频器电路设计  50-54
    3.4.1 5-6GHz上混频器电路设计  50-54
    3.4.2 2.4-2.5GHz上混频器电路设计  54
  3.5 小结  54-56
第四章 WLAN802.11a/b/g/n收发机混频器版图设计与仿真  56-69
  4.1 WLAN 802.11a/b/g/n接收机下混频器版图设计及仿真  56-63
    4.1.1 5-6GHz下混频器版图设计及仿真  57-60
    4.1.2 2.4-2.5GHz下混频器版图设计及仿真  60-63
  4.2 WLAN 802.11a/b/g/n发射机上混频器版图设计及仿真  63-67
    4.2.1 5-6GHz上混频器版图设计及仿真  63-65
    4.2.2 2.4-2.5GHz上混频器版图设计及仿真  65-67
  4.3 小结  67-69
第五章 WLAN 802.11a/b/g/n收发机混频器芯片测试  69-82
  5.1 芯片测试平台的搭建  69-70
  5.2 测试结果与分析  70-80
    5.2.1 直流特性  70-72
    5.2.2 输入/输出阻抗匹配特性  72-73
    5.2.3 时域波形和转换增益  73-76
    5.2.4 频域特性和线性度  76
    5.2.5 噪声特性分析  76-80
  5.3 小结  80-82
第六章 总结与展望  82-85
  6.1 总结  82-83
  6.2 展望  83-85
附录  85-86
参考文献  86-92
致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 倍频器、分频器、变频器 > 变频器、混频器
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