芯片设计 CMOS模拟集成电路设计与仿真实例基于Cadence IC 617 课件 第7章 混频器.pptx

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第7章混频器芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617第1页/共30页

第7章混频器7.1混频器设计概述7.1.1混频器基本原理7.1.2混频器性能参数7.1.3混频器分类和常见结构7.2实例分析:S波段Gilbert双平衡下变频混频器7.2.1电路搭建7.2.2谐波失真仿真7.2.3噪声系数仿真7.2.4转换增益仿真7.2.5线性度仿真7.3本章小结第2页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617

7.1混频器设计概述混频器作为射频收发系统的关键模块,主要用于频谱的线性搬移。在接收前端中,下混频器将信号从射频变换到基带或中频;在发射前端中,上混频器将信号从基带或者中频变换到射频。第3页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617本节主要介绍:混频器的基本工作原理分析用于衡量混频器的性能参数混频器的常用分类和几种常见的混频器结构

7.1.1混频器基本原理混频器是三端口器件,目的是将信号从一个频率转移到另一个频率。最早的混频器伴随着超外差接收机产生,1924年由EdwinArmstrong研制而成。混频器的核心原理是两个信号在时域上相乘,而频域上进行频谱搬移。将两个正弦信号进行相乘,可以得到一个和频信号和一个差频信号,即:第4页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617

7.1.1混频器基本原理第5页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617混频器频域示意图对于线性时不变系统来说,在输出信号中不产生在输入中不存在的频率分量,而非线性是产生新频率的必要条件。因此混频电路需要具有非线性的传输函数。通常利用滤波器或吉尔伯特单元实现

7.1.2混频器性能参数第6页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617衡量混频器的性能参数主要有转换增益、线性度、噪声系数、端口隔离度等。(2)噪声系数(1)转换增益

7.1.2混频器性能参数第7页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617(4)端口隔离度(3)线性度反映信号由于系统非线性引起的失真程度,用1dB压缩点或者三阶交调点来描述。端口隔离度表明了混频器射频、中频、本振三个端口之间相互作用的能力。通常希望三个端口互相作用能力减小到最小。混频器三端口间信号泄漏示意图

第8页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617根据不同的电路结构,混频器可分为单平衡结构和双平衡结构7.1.3混频器分类和常见结构(a)单平衡混频器示意图;(b)单平衡混频器实现方式;(c)双平衡混频器实现方式单个MOS开关混频器两个MOS开关混频器

第9页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617根据是否能够提供转换增益,混频器可分为有源混频器和无源混频器。在无源结构中,混频器不提供转换增益。有源结构可提供正的转换增益7.1.3混频器分类和常见结构有源混频器的主要功能双平衡有源混频器电路结构

7.2实例分析:S波段下变频混频器本节以一个双平衡有源频混频器为例,介绍混频器的基本设计流程和CadenceADE的仿真方法,设计指标具体为:射频输入频率:2.4GHz本振信号频率:2.2GHz中频输出频率:200MHz转换增益:≥10dB;噪声系数:≤10dB输入1dB压缩点:-10dBm根据设计要求,本例选择使用tsmcN90rf工艺来设计混频器。第10页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC617

第11页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC6177.2.1电路搭建射频“Port”设置界面在确定设计指标后,首先要进行电路的初步设计与仿真本振“Port”设置界面中频“Port”设置界面

第12页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC6177.2.1电路搭建双平衡有源混频器电路图点击[Pin]和[Wire(narrow)]将元件连接起来,得到基于吉尔伯特单元的混频器电路

第13页/共30页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例:基于CadenceIC6177.2.2谐波失真仿真设置输入激励界面(1)点击

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