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研究生:呂宥甫
研究生(外文):You-Fu Lu
論文名稱:射頻壓控振盪器、超寬頻低雜訊放大器、與鎊線模型研究
論文名稱(外文):Research of RF Voltage-Controlled Oscillator, UWB LNA, and Wire bonding Model.
指導教授:王多柏
口試委員:洪國鋒高立人孫卓勳
口試日期:2012-07-20
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電腦與通訊研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:150
中文關鍵詞:壓控振盪器低電壓低功率變壓器低雜訊放大器鎊線模型
外文關鍵詞:Voltage-Controlled OscillatorLow-VoltageLow-PowerTransformerLow-Noise AmplifierWire-Bonding Model
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論文研究的重點分為三部分。第一部份說明交錯耦合振盪器與負載直接連接所引起的負載效應。本文提出低電壓增幅壓控振盪器來改善負載效應、低輸出振幅、低輸出功率等問題。提出的壓控振盪器在振盪頻率5.23GHz時,偏移頻率在1 MHz其相位雜訊為–119.6dBc/Hz。功率消耗為12mW,電壓為0.62V。本壓控振盪器由台積電 0.18μm 1P6M CMOS製作,晶片面積為0.98×0.71 mm2。
第二部份為變壓器匹配技術之3.1~10.6GHz低功率低雜訊放大器設計。利用變壓器的耦合係數來達到低雜訊放大器之阻抗匹配。本文提出之超寬頻低雜訊放大器3.1~10.6GHz時其輸入與輸出反射係數均低於–10dB,功率增益為13.4 ±0.3dB,反向隔離度低於–35dB,雜訊指數為3.3~3.8dB,輸入1dB壓縮點為−24.3~−23.1dBm,輸入三階截點為−15~−14.5dBm。本超寬頻低雜訊放大器由台積電0.18μm 1P6M CMOS製作,晶片面積為1.2×1mm2。
第三部份為鎊線模型研究。提出新的鎊線模型來改善Y參數萃取的缺點。在寬頻範圍內,本鎊線模型能夠與量測結果一致。


Thesis research can be divided into three parts.The first part explains loading effect caused by the crossed-coupled oscillator and load directly connected.In this thesis, voltage-controlled oscillator with low voltage and swing boosting is proposed to improve loading effect, low output swing, low output power, etc.The proposed VCO achieves a phase noise of –119.6dBc/Hz at 1MHz offset from a 5.23GHz carrier frequency. The power consumption is 12mW with 0.62V supply. This VCO was made by TSMC 0.18μm 1P6M CMOS standard process and the chip area is 0.98×0.71 mm2.
The second part presents the design of 3.1~10.6GHz low-power and low-noise amplifier using transformer matching technique.The impedance matching of low-noise amplifier is achieved through the use of coupling coefficient of transformer.The proposed UWB LNA achieves the input reflection coefficient and output reflection coefficient of less than –10dB , power gain of 13.4 ± 0.3dB, reverse isolation of less than –35dB, noise figure of 3.3~3.8dB, IP1dB of −24.3~−23.1dBm, and IIP3 of −15~−14.5dBm over the 3.1~10.6GHz band of interest. This UWB LNA was made by TSMC 0.18μm 1P6M CMOS standard process and the chip area is 1.2×1mm2.
The third part presents the research of wire-bonding model.Proposing a new model of bonding wire improves disadvantage of y-parameters extraction.The model demonstrates an excellent agreement with measurements in broadband range.


中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 論文編排架構 2
第二章 射頻基礎知識 4
2.1 傳輸線型式 4
2.2 一般傳輸線方程式 5
2.3 在無限長傳輸線上波的特性 7
2.4 反射係數 8
2.5 史密斯圖 10
2.6 雙埠網路與S參數 13
2.6.1 雙埠網路 13
2.6.2 雙埠網路參數應用 15
2.6.3 S參數 16
2.6.4 S參數與電壓關係 20
第三章 射頻放大器 22
3.1 訊號流程圖建構方式 22
3.2 放大器的訊號流程圖 22
3.3 梅森法則及其應用 27
3.4 以S參數表示反射係數與電壓增益 29
3.5 功率增益與S參數 31
3.6 穩定性分析與穩定圓 35
3.7 單向性放大器 41
3.8 雙向性放大器 45
3.9 工作功率增益圓與可用功率增益圓 47
3.10 非線性特性 49
3.10.1 諧波失真 49
3.10.2 增益壓縮 51
3.10.3 互調 51
3.10.4 三階截點 53
3.10.5 輸入三階截點的量測 54
3.10.6 輸入1dB壓縮點與輸入三階截點的關係 55
3.10.7 串接電路的輸入三階截點 55
第四章 雜訊 59
4.1 平均功率表示法 59
4.2 雜訊頻譜 60
4.3 雜訊的平均功率與相關性 62
4.4 雜訊頻寬 63
4.5 雜訊種類 64
4.5.1 電阻之熱雜訊 64
4.5.2 閃爍雜訊 65
4.5.3 MOSFET之雜訊 66
4.6 雙埠網路雜訊等效表示 73
4.7 雜訊指數 75
4.8 雙埠網路的雜訊指數 77
4.9 最佳訊號源導納 78
4.10 等雜訊指數圓 79
4.11 多級放大器之雜訊因數 80
第五章 射頻振盪器 82
5.1 振盪器原理 82
5.1.1 回授式 82
5.1.2 單埠負電阻 83
5.2 振盪器的Q值 84
5.3 利用Q值計算串並聯電路的阻抗轉換 86
5.4 積體化被動元件 87
5.4.1 集膚效應 87
5.4.2 螺旋電感模型與損耗來源 88
5.4.3 變容器之形式與特性 93
5.5 相位雜訊 96
5.5.1 相位雜訊產生原理 96
5.5.2 相位雜訊的定義 98
5.5.3 相位雜訊對通訊系統之影響 99
5.6 交錯耦合振盪器 100
第六章 低電壓增幅壓控振盪器設計 106
6.1 研究動機與負載效應 106
6.2 低電壓增幅壓控振盪器的設計思維 107
6.3 模擬結果 112
6.4 量測結果與文獻比較 115
第七章 使用變壓器匹配技術之3.1~10.6GHz低功率低雜訊放大器設計 120
7.1 研究動機與設計目的 120
7.2 變壓器與反射阻抗 120
7.3 共源共閘串疊放大器 122
7.4 使用變壓器匹配技術之3.1~10.6GHz低功率低雜訊放大器設計與分析 125
7.5 變壓器設計與模擬結果 130
7.6 3.1~10.6GHz低功率低雜訊放大器模擬結果與文獻比較 133
第八章 鎊線模型研究 138
8.1 研究動機與利用Y參數求出鎊線參數 138
8.2 新鎊線參數之求法 140
參考文獻 147
研究成果 150


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[29]張郁政,2.4GHz電流再使用式電壓控制振盪器之設計,碩士論文,崑山科技大學電子工程研究所,台南,2006。

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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