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研究生:江岳庭
研究生(外文):Yueh-Ting Chiang
論文名稱:應用於WLAN/WiMAX雙模系統之收發機前端射頻積體電路設計
論文名稱(外文):The Design of a Dual-band Transceiver RF front-end integrated circuit for WLAN/WiMAX Applications
指導教授:楊正任
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:通訊工程學系
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:射頻發射機射頻接收機雙模阻抗轉換器
外文關鍵詞:RF TransmitterRF Receiverdual-bandWiMAXtransformer
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本論文因應未來WLAN與WiMAX雙系統整合與CMOS製程之兩大主流趨勢,研究使用於雙頻帶之收發機設計,論文中分別完成雙頻帶射頻接收機與發射機設計,兩設計皆使用TSMC 0.18μm 1P6M CMOS製程技術。
接收機設計題目為應用於WiMAX/WLAN雙頻帶低電壓小面積射頻接收機前端積體電路,電路設計包含1.低雜訊放大器2.混頻器3.增益可調中頻巴倫器。整體電路採用低偏壓設計,達成低消耗功率的目標,並設計變壓器架構低雜訊放大器,簡化不同區塊間所需之匹配網路,最後設計增益可調中頻巴倫器,利用增益可變功能來提升整體接收機線性度表現。
發射機設計題目為應用於WiMAX/WLAN雙頻帶小面積射頻發射機前端積體電路,電路架構包含1.雙頻帶功率放大器2.升頻混頻器。使用CMOS製程設計功率放大器,配合雙頻帶匹配網路達成雙頻帶功率輸出,並使用變壓器架構設計高線性混頻器,以此減少晶片面積與射頻放大器串聯數量。
ABSTRACT
In order to conform to the trends which are WLAN/WiMAX dual-band system and CMOS technology, we study in dual-band CMOS transceiver. This thesis presents and implementation of a receiver and a transmitter in TSMC 0.18um RF CMOS process. Both of them are designed to meet the requirement of specifications which are WiMAX 802.16e mobile and WLAN 802.11a.
The compact dual-band low voltage receiver RF front-end integrated circuit is consisting of broad-band LNA, down mixer and variable gain IF balun. This design achieves low power consumption with low supply voltage and compact size by employing a transformer structure LNA. Finally, we design a variable gain IF balun to improve the linearity of this receiver.
The compact dual-band transmitter RF front-end integrated circuit is consisting of dual-band PA and high linearity up-mixer. The CMOS PA is using a dual-band matching network to supply high output power at two bands. Finally, we design a high linearity mixer base on transformer in order to reduce the number of RF cascade amplifiers and chip size.
書名頁 i
論文口試委員審定書 ii
授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
誌謝 vi
目錄 vii
表目錄 x
圖目錄 xi

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 章節概述 4
第二章 低雜訊放大器之設計概論 6
2.1 簡介 6
2.2 低雜訊放大器之基本參數 6
2.2.1 增益 7
2.2.2 雜訊指數 8
2.2.3 雜訊源 9
2.2.4 1-dB壓縮點 11
2.2.5 交互調變失真 12
2.3 同時共用多頻帶低雜訊放大器 14
2.3.1 疊接低雜訊放大器 14
2.3.2 共源極放大器架構 15
2.3.3 多頻帶低雜訊放大器 16
2.4 應用於WLAN/WiMAX低雜訊放大器之設計 17
2.4.1 簡介 17
2.4.2 電路架構計紹 18
2.5 模擬與量測結果 21
2.6 結果與討論 27

第三章 微波功率放大器之設計概念 34
3.1 簡介 34
3.2 功率放大器的種類 34
3.2.1 線性功率放大器 35
3.2.2 非線性功率放大器 39
3.3 功率放大器的規格 40
3.4 功率放大器之設計原理 46
3.4.1 輸入匹配網路 47
3.4.2 輸出匹配網路 50
3.4.3 Cripps理論 51
3.4.4 負載拉移 54
3.4.5 穩定性分析 55

第四章 變壓器架構之WiMAX功率放大器 59
4.1 簡介 59
4.2 晶片變壓器設計簡介 60
4.2.1 變壓器簡介 60
4.3 應用變壓器架構之WiMAX功率放大器 62
4.3.1 電路架構設計介紹 64
4.3.2 功率輸出級設計 65
4.3.3 驅動級設計 65
4.3.4 級間匹配與功率輸出之變壓巴倫器設計 66
4.3.5 偏壓網路設計 67
4.4 模擬與量測 69
4.5 結果與討論 75
第五章 應用於WiMAX/WLAN雙頻帶低電壓小面 積射接收機前端頻積體電路 79
5.1 簡介 79
5.2 應用於WiMAX/WLAN雙頻帶接收機 80
5.2.1 整體接收機電路架構 80
5.2.2 低雜訊放大器區塊 81
5.2.3 降頻混頻器區塊 84
5.2.4 增益可變中頻巴倫器 88
5.3 模擬結果 89
5.4 結論 95
第六章 應用WiMAX/WLAN雙頻帶小面積射頻發射機前端積體電路 95
6.1 簡介 95
6.2 應用於WiMAX/WLAN雙頻帶發射機 96
6.2.1 整體電路架構 96
6.3 高線性升頻混頻器設計 97
6.3.1 混頻器使用不同負載之比較 98
6.3.2 使用變壓器負載之高線性混頻器 99
6.4 雙頻帶CMOS功率放大器 102
6.5 模擬結果 107
6.6 結論 113
第七章 結論 114
VITA 116
參考文獻 117
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