本文關(guān)鍵詞：基于SiGe BiCMOS工藝的W波段諧波混頻器芯片設(shè)計(jì)

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【摘要】：近年來(lái),w波段成為毫米波通訊、成像雷達(dá)等方面應(yīng)用的重要頻段,W波段諧波混頻器能使所需的本振信號(hào)降為射頻頻率的1/2、1/3或更小,可以大大改善W波段應(yīng)用的成本和研制難度。因此設(shè)計(jì)性能優(yōu)良、可靠性高的諧波混頻器芯片具有很高的實(shí)用價(jià)值。本文采用0.13μm SiGe BiCMOS工藝設(shè)計(jì)W波段諧波混頻器芯片。根據(jù)諧波混頻原理和設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求,對(duì)需要的無(wú)源巴倫進(jìn)行了理論介紹和仿真設(shè)計(jì),并完成了兩款W波段混頻器的設(shè)計(jì)：帶有倍頻器的三次諧波混頻器和雙平衡三次諧波混頻器。用于W波段的巴倫采用多層耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),用對(duì)稱的S型結(jié)構(gòu)以減小巴倫面積,得到的巴倫尺寸為150μm×220μm,帶寬65-105GHz,插入損耗4.8dB,幅度不平衡度0.7dB,相位不平衡度10度。用于Ka波段的巴倫是平面結(jié)構(gòu),以螺旋形狀實(shí)現(xiàn),得到的巴倫尺寸十分緊湊,尺寸為120μm×340μm,帶寬20～40GHz,插入損耗4.5dB,幅度不平衡度0.6dB,相位不平衡度11度。在進(jìn)行各功能模塊的理論分析和軟件仿真后,完成了這兩款混頻器的版圖繪制。在前一個(gè)混頻器的設(shè)計(jì)中,采用三倍頻器+放大器+Gilbert混頻的結(jié)構(gòu),仿真結(jié)果顯示,實(shí)現(xiàn)射頻帶寬81～91GHz,中頻輸出1GHz,變頻損耗7.3-9.2dB,本振/中頻的隔離度35dB,本振/射頻的隔離度50dB,芯片面積為1290μm×865μm;對(duì)于后一個(gè)混頻器的設(shè)計(jì),用有源雙平衡結(jié)構(gòu),仿真結(jié)果顯示,實(shí)現(xiàn)射頻帶寬81～91GHz,中頻輸出1GHz,變頻損耗7-8dB,本振/中頻的隔離度35dB,本振/射頻的隔離度45dB,芯片面積為1030μm×920μm,與前一個(gè)混頻器相比,該混頻器具有更小的尺寸和更優(yōu)的溫度穩(wěn)定性。兩款混頻器仿真結(jié)果均優(yōu)于指標(biāo)要求,為流片奠定了基礎(chǔ)。最后,對(duì)帶有倍頻器的三次諧波混頻器進(jìn)行了流片以及測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,混頻器的變頻損耗為13.2-17dB,本振/中頻的隔離度≥30dB,本振/射頻的隔離度≥33dB。基本達(dá)到指標(biāo)要求,還需要對(duì)該電路拓?fù)浜驮O(shè)計(jì)做進(jìn)一步地優(yōu)化與摸索。本論文對(duì)W波段諧波混頻器的研究有著重要的實(shí)踐價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：W波段 SiGe BiCMOS 諧波混頻器 巴倫
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN773;TN402
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究工作的背景與意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新14
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排14-16
• 第二章 工藝庫(kù)及混頻器基本原理介紹16-32
• 2.1 MMIC技術(shù)16
• 2.2 SiGe BiCMOS工藝簡(jiǎn)介16-20
• 2.2.1 SiGe HBT17-18
• 2.2.2 電阻18-19
• 2.2.3 MIM電容19-20
• 2.3 MMIC設(shè)計(jì)基本流程20-21
• 2.4 混頻器基本原理21-23
• 2.5 混頻器的基本指標(biāo)23-26
• 2.5.1 轉(zhuǎn)換增益23-24
• 2.5.2 噪聲24
• 2.5.3 線性度24-25
• 2.5.4 駐波比25
• 2.5.5 端口間隔離度25-26
• 2.6 混頻器主要結(jié)構(gòu)26-27
• 2.7 雙平衡有源混頻器原理27-29
• 2.8 諧波混頻器的理論基礎(chǔ)29-30
• 2.9 本章小結(jié)30-32
• 第三章 帶有倍頻器的三次諧波混頻器設(shè)計(jì)32-52
• 3.1 混頻器設(shè)計(jì)指標(biāo)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)32-33
• 3.1.1 混頻器設(shè)計(jì)指標(biāo)32
• 3.1.2 混頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)32-33
• 3.2 三倍頻器設(shè)計(jì)33-37
• 3.2.1 三倍頻原理33-35
• 3.2.2 三極管偏置電壓35
• 3.2.3 輸入輸出匹配35-37
• 3.3 兩級(jí)放大器設(shè)計(jì)37-39
• 3.4 倍頻部分整體設(shè)計(jì)39-40
• 3.5 混頻部分設(shè)計(jì)40-45
• 3.5.1 W波段巴倫的設(shè)計(jì)與仿真40-44
• 3.5.2 Gilbert混頻單元設(shè)計(jì)44-45
• 3.6 整體結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)仿真45-47
• 3.7 整體版圖設(shè)計(jì)47-51
• 3.8 本章小結(jié)51-52
• 第四章 雙平衡三次諧波混頻器設(shè)計(jì)52-63
• 4.1 雙平衡三次諧波混頻器電路結(jié)構(gòu)52-53
• 4.2 偏置電路53-54
• 4.3 Ka波段balun設(shè)計(jì)54-55
• 4.4 雙平衡三次諧波混頻器原理圖仿真55-57
• 4.5 雙平衡三次諧波混頻器的版圖設(shè)計(jì)57-59
• 4.6 穩(wěn)定性分析59-62
• 4.7 本章小結(jié)62-63
• 第五章 測(cè)試結(jié)果與分析63-69
• 5.1 測(cè)試方案63-65
• 5.2 測(cè)試結(jié)果與分析65-68
• 5.2.1 直流分析65
• 5.2.2 變頻損耗測(cè)試65-67
• 5.2.3 隔離度測(cè)試67-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 第六章 全文總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69
• 6.2 后續(xù)工作展望69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果75

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本文編號(hào)：552193