|
根據(jù)今年國際固體電路年會(huì)的報(bào)告，集成電路(IC)的最大市場莫過于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，移動(dòng)電話和消費(fèi)類電子。中國已經(jīng)是IC第三大市場，潛在的市場令世人矚目，其中移動(dòng)電話用戶數(shù)量在世界上占第一位。藍(lán)牙技術(shù)是短距離無線控制和通信，無線局域網(wǎng)是近距離數(shù)據(jù)通信，移動(dòng)電話和全球定位系統(tǒng)是無線通信最主要應(yīng)用市場。由于對信噪比和發(fā)送功率要求低，藍(lán)牙和無線局域網(wǎng)的無線收發(fā)器已經(jīng)采用CMOS電路，但是用于移動(dòng)電話的無線收發(fā)電路對信噪比要求高，目前商用的仍然采用雙極電路和砷化鎵電路。但是實(shí)驗(yàn)室的研究已經(jīng)達(dá)到了商用的性能，CMOS射頻電路在手機(jī)上的商用已經(jīng)清晰可見。 CMOS射頻收發(fā)器體系結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的射頻收發(fā)電路普遍采用超外差結(jié)構(gòu)，這種成熟的體系結(jié)構(gòu)需要采用二級混頻和片外聲表面濾波器，成本高。正在研發(fā)的CMOS低中頻或直接轉(zhuǎn)換體系結(jié)構(gòu)(如圖1所示)只需要采用一級混頻，同時(shí)能節(jié)省片外聲表面濾波器。但是直接轉(zhuǎn)換的體系結(jié)構(gòu)需要克服直流失調(diào)等問題。 圖1 CMOS低中頻藍(lán)牙射頻收發(fā)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 采用CMOS射頻收發(fā)電路的最大優(yōu)點(diǎn)是可以和基帶處理器(數(shù)字電路)及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器(混合信號(hào)電路)集成于一個(gè)芯片。單片集成的含射頻、基帶及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路使電路可靠性好，功耗低和成本低。單片集成CMOS無線通信電路是目前研究熱點(diǎn)，正走上商業(yè)化。 CMOS射頻IC電路設(shè)計(jì) 采用直接轉(zhuǎn)換的CMOS射頻IC主要有低噪聲放大器、混頻電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和頻率綜合電路等射頻單元組成。在射頻領(lǐng)域，我們更多注意的是功率傳輸和放大，其中低噪聲放大器的電路圖如圖2所示。 圖2 低噪聲放大器線路圖 它的核心技術(shù)是輸入阻抗匹配和輸出負(fù)載的設(shè)計(jì)，片上電感作為負(fù)載可以獲得較高的增益和頻率特性，為了抑制共模電平，差分結(jié)構(gòu)的低噪聲放大器也經(jīng)常采用。國內(nèi)已有CMOS混頻器報(bào)導(dǎo)采用吉爾布特乘法單元的混頻電路如圖3所示，混頻器的性能主要是線性度，在提高線性度方面，目前有人采用電感負(fù)載和共源極電流耦合輸入。功率驅(qū)動(dòng)電路一般會(huì)采用二級功率放大的電路(如圖4所示)，為了滿足不同射頻系統(tǒng)的需要和保證輸出功率，功率驅(qū)動(dòng)電路需要考慮增益控制電路和封裝、連線及引腳的分布參數(shù)。為了得到低噪聲時(shí)鐘和低相位噪聲的正交信號(hào)，采用片上電感和變?nèi)?a href="http://www.qingdxww.cn/keyword/二極管" target="_blank" class="relatedlink">二極管的LC信頻壓控器(VCO)(如圖5)及二分頻正交信號(hào)產(chǎn)生器是一種好的選擇。 圖3 采用吉爾布特乘法單元的混頻電路 圖4 射頻功放驅(qū)動(dòng)電路和它的偏置電路 圖5 采用片上電感的LC壓控振蕩器 采用倍頻VCO可以減少射頻信號(hào)對VCO的牽引和VCO對信號(hào)的泄漏。Sigma-Delta分?jǐn)?shù)分頻能夠進(jìn)一步降低VCO的相位噪聲。 設(shè)計(jì)實(shí)例 根據(jù)上述的電路選擇，本文分別設(shè)計(jì)了低中頻(2MHz中心頻率)體系結(jié)構(gòu)和直接轉(zhuǎn)換的藍(lán)牙、無線局域網(wǎng)和WCDMA射頻電路。圖6是單片集成的CMOS射頻收發(fā)電路芯片照片，芯片左上角是正交時(shí)鐘產(chǎn)生電路，右下角是功率放大電路，右上角是復(fù)數(shù)濾波器。 圖6 單片集成的CMOS射頻發(fā)收電路芯片照片 本電路在深亞微米CMOS工藝線流片后，對各功能塊進(jìn)行測試，電路達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，能夠滿足藍(lán)牙接收芯片必須的功耗和性能。 |
