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研究生:朱元凱
研究生(外文):Yuan-Kai Chu
論文名稱:應用於802.11aWLAN之5GHzU-NII頻帶降頻器CMOSRFIC
論文名稱(外文):Design of 802.11a WLAN Receiver 5GHzU-NII Band Down-Converter RFICs
指導教授:莊惠如莊惠如引用關係
指導教授(外文):Huey-Ru Chuang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:電機工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:降頻器無線區域網路
外文關鍵詞:U-NII band5GHzCMOS RFIC
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本論文以TSMC 0.18um 1P6M CMOS製程來研製應用於802.11a WLAN之5GHz U-NII頻帶降頻器CMOS RFIC。降頻器規劃上,射頻為U-NII頻帶高頻段5.725~5.825GHz,經本地振盪(5.465~5.525GHz)降至中頻280MHz。參考WLAN規範,因應系統高線性度、低相位雜訊、高工作頻率等特性,設計射頻前端接收電路。晶片採用打鎊線到FR-4基板上進行量測。低雜訊放大器量測所得增益約6.4dB,雜訊指數為4.9dB,input P1dB為-5.25dBm;單端平衡混波器量測所得轉換損耗為4.5dB,雜訊指數為14.6dB,input P1dB為0dBm;L-C tank壓控振盪器量測所得輸出頻率為5860~6026MHz,相位雜訊-85dBc/Hz@100KHz;四相位輸出壓控制振盪器量測所得輸出頻率為6341~6382MHz,相位雜訊-87dBc/Hz@100KHz;雙模數(32/33)除頻器,量測所得在mode=0時,最高操作頻率為7225MHz,mode=1時,最高操作頻率為6800MHz。CMOS RFIC量測結果與ADS、H-Spice模擬接近符合。
在TSMC 0.18um 1P6M CMOS製程的RF model已趨於準確以及穩定下,透過小心的設計及佈局,均可得到不錯的5GHz電路特性。若能再加入精準的偏壓電路,仔細考慮雜訊阻絕以及電路間的隔離,應可成功將5GHz CMOS晶片做更進一步的整合。
This thesis presents the development of 5GHz U-NII band CMOS RFICs for the 802.11a WLAN receiver down-converter in TSMC standard 0.18um CMOS technology. The developed 5GHz RFICs include the LNA, mixer, L-C tank and quadrature VCOs, and prescaler for 5GHz synthesizer. The RF is from 5.725 to 5.825 GHz, the LO is 5.465 to 5.525GHz and the IF is at 280 MHz. The measurements are performed by using FR-4 PCB test fixture. The LNA has 6.4dB gain, 4.9dB noise figure and input P1dB -5.25dBm. The single-balanced mixer has 4.5dB conversion loss, 14.6dB noise figure and input P1dB 0dBm. The L-C tank VCO has output frequency from 5860 to 6026MHz with
-85dBc/Hz@100KHz phase noise. The quadrature VCO has output frequency from 6341 to 6382MHz with
-87dBc/Hz@100KHz phase noise. The dual-modulus prescaler (32/33) has highest operating frequency at 7225MHz and 6800MHz, respectively, when mode is 0 and 1. The circuit design simulation is performed by using ADS and H-Spice. Simulation and measured results basically agree well.
第一章 緒論
1.1 論文簡介1
1.2 系統規劃3
第二章 5GHz CMOS低雜訊放大器
2.1 簡介6
2.2 TSMC 0.18□m 1P6M CMOS製程元件簡介6
2.2.1 NMOS電晶體6
2.2.2 MIM電容7
2.2.3 螺旋式電感8
2.2.4 Bond-wire及pad8
2.3 CMOS低雜訊放大器原理9
2.3.1 架構9
2.3.2 雜訊模型推導9
2.4 5GHz CMOS低雜訊放大器設計與製作12
2.5 5GHz CMOS低雜訊放大器模擬與量測結果比較14
2.6 5GHz CMOS低雜訊放大器結果討論17
第三章 5GHz CMOS單端平衡混波器
3.1 簡介18
3.2 CMOS混波器原理18
3.2.1 非線性式混波器18
3.2.2 乘法器式混波器22
3.3 5GHz CMOS單端平衡混波器設計與製作26
3.4 5GHz CMOS單端平衡混波器模擬與量測結果比較28
3.5 5GHz CMOS單端平衡混波器結果討論31
第四章 5GHz CMOS壓控振盪器
4.1 簡介32
4.2 CMOS壓控振盪器原理32
4.2.1 架構32
4.2.2 相位雜訊(Phase Noise) 36
4.3 5GHz CMOS L-C tank壓控振盪器48
4.3.1 設計與製作48
4.3.2 模擬與量測結果比較51
4.3.3 結果討論54
4.4 5GHz CMOS四相位輸出壓控振盪器55
4.4.1 設計與製作55
4.4.2 模擬與量測結果比較56
4.4.3 結果討論61
第五章 CMOS除頻器
5.1 簡介62
5.2 頻率合成器原理62
5.3 5GHz頻率合成器規劃64
5.4 CMOS除頻器設計與製作66
5.5 CMOS除頻器模擬與量測結果比較68
5.6 CMOS除頻器結果討論72
第六章 結果與討論73
參考文獻75
附錄A 5GHz CMOS接收模組整合測試
A.1 簡介77
A.2 中頻放大器特性78
A.3 中頻帶通濾波器量測78
A.4 5GHz CMOS接收模組整合特性量測79
A.5 5GHz CMOS接收模組數位調變量測81
A.6 5GHz CMOS接收模組接收靈敏度量測83
附錄B 5GHz CMOS RFIC Data Sheet84
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